EP3899236A1 - Beta-type stirling machine - Google Patents

Beta-type stirling machine

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Publication number
EP3899236A1
EP3899236A1 EP19823912.1A EP19823912A EP3899236A1 EP 3899236 A1 EP3899236 A1 EP 3899236A1 EP 19823912 A EP19823912 A EP 19823912A EP 3899236 A1 EP3899236 A1 EP 3899236A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stirling machine
mode
stirling
operating
head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19823912.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Sylvie BEGOT
Steve DJETEL-GOTHE
Hakeem KHIRZADA
François LANZETTA
Guillaume LAYES
Philippe NIKA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universite de Franche-Comte
Original Assignee
Universite de Franche-Comte
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1873540A external-priority patent/FR3090749B1/en
Priority claimed from FR1873559A external-priority patent/FR3090840B1/en
Application filed by Universite de Franche-Comte filed Critical Universite de Franche-Comte
Publication of EP3899236A1 publication Critical patent/EP3899236A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • F02G1/044Hot 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 having at least two working members, e.g. pistons, delivering power output
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043Hot 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B9/00Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
    • F25B9/14Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point characterised by the cycle used, e.g. Stirling cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/30Displacer assemblies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/40Piston assemblies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2270/00Constructional features
    • F02G2270/55Cylinders

Definitions

  • the present invention relates to the field of machines providing external heat.
  • these machines can be used in motor mode, or in receiver mode in operation in refrigeration mode or in operation in heat pump mode.
  • the invention relates in particular to Stirling beta type machines.
  • An object of the invention is in particular to:
  • a beta type Stirling machine which can operate in engine mode or in heat pump mode or in refrigeration mode, said Stirling machine comprising:
  • the Stirling machine comprises a single jacket disposed in the cold part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively in the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode, and in which the friction zones slide. of the displacing piston and the driving piston.
  • Stirling machine designates a Stirling machine of the beta type that can operate both in engine mode and in receiver mode (that is to say in refrigeration machine or heat pump operation).
  • the engine operating mode when no operating mode of the Stirling machine is specified (engine mode or cooling mode or heat pump mode), the engine operating mode is considered to be the default operating mode.
  • the characteristic of the Stirling machine described corresponds to operation in engine mode. Consequently, a part, or an element, considered of the Stirling machine operating in engine mode which exerts a function different from a function exercised by the same part, or the same element, considered of the Stirling machine operating in another mode, can be transposed by the function of the part, or element, considered corresponding to the other operating mode of the Stirling machine by making the changes specified below.
  • the Stirling machine When the Stirling machine is operating in engine mode, the part located on the side of a housing of the Stirling machine is the cold part and the part situated on the side of the Stirling machine opposite the housing is the hot part.
  • the cold part of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the cold part of the Stirling machine operating in heat pump mode and corresponds to the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
  • the hot part of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the hot part of the Stirling machine operating in heat pump mode and corresponds to the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
  • the part located on the side of a Stirling machine housing is the compression zone and the part located on the side of the Stirling machine opposite the housing is the expansion zone.
  • the compression zone of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the compression zone of the Stirling machine operating in refrigeration mode and corresponds to the expansion zone of the Stirling machine operating in heat pump mode.
  • the expansion zone of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the expansion zone of the Stirling machine operating in refrigeration mode and corresponds to the compression zone of the Stirling machine operating in heat pump mode.
  • the element of the Stirling machine defined as the heater, or respectively the cooler, of the Stirling machine.
  • the element of the Stirling machine in which a gas traveling from the passageways of the single jacket passes to the expansion volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, or vice versa, is a heater.
  • the part of the Stirling machine located on the side opposite the casing which can be defined as the exchanger of the Stirling machine.
  • the part of the Stirling machine located on the side opposite the casing is the hot exchanger of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively is the cold exchanger of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
  • the only shirt can be a dry shirt.
  • the single shirt can be a single piece.
  • the single shirt can be made in one piece and / or in the same material.
  • the single shirt can be placed entirely in the cold part of the Stirling machine.
  • the single jacket can form part of a cylinder of the Stirling machine located in the cold part of the Stirling machine.
  • the single jacket can extend along the races of the friction zones of the displacing piston and the driving piston.
  • a zone of the single jacket having no friction may be situated between the zone of friction of the displacing piston with the single jacket and the zone of friction of the piston with the single jacket.
  • the single jacket can extend only along the races of the friction zones of the displacing piston and the driving piston.
  • the jacket can extend beyond the races of the friction zones of the displacing piston and / or of the driving piston.
  • the single jacket can extend from a lower end of travel of the friction zone of the driving piston, said end of the casing of the single jacket, said lower end of travel of the friction zone of the driving piston being situated on the side of a crankshaft of the engine piston, up to an upper end of travel of the friction zone of the displacing piston, said separation end of the single jacket, said upper end of travel of the friction zone of the displacing piston being situated on the side d 'an exchanger.
  • the hot exchanger can be located on the side of an expansion zone of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively on the side of a compression zone of the Stirling machine operating in heat pump mode.
  • the exchanger can be a hot exchanger when the Stirling machine is operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively a cold exchanger when the Stirling machine is operating in refrigeration mode.
  • the single jacket may extend from a lower end of travel of an end portion of the engine piston, said end of the housing of the single jacket, said lower end of travel of the end portion of the engine piston being located on the side of the crankshaft of the engine piston.
  • the upper limit switch of a terminal part of the displacer piston located on the side of the hot exchanger is preferably located in the hot exchanger.
  • the hot exchanger forms an end part of the hot part of the Stirling machine.
  • the hot exchanger forms an end part of the cylinder.
  • the single jacket may include conduits for the passage of a gas moving from a compression volume of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively an expansion volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, towards a cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively a heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, or vice versa, said passage conduits passing through the single jacket.
  • the passage conduits can extend according to the thickness of the single jacket.
  • the compression volume is located between the displacing piston and the driving piston. When the engine piston is at the upper end of travel, the displacer piston is at mid-stroke. There is an angle of the cycle where the compression volume is minimal.
  • the passage conduits can be located in a zone of the jacket, called compression zone, situated between the upper end of travel of the driving piston and the lower end of travel of the displacing piston.
  • the passage conduits can be distributed annularly in the compression zone.
  • said passage conduits passing through the single jacket are located at an area of the single jacket that does not have friction.
  • the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said one of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, being entirely included in the cold part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively in the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
  • the cooler can be arranged to convey a gas from the passageways of the single jacket towards the hot part of the Stirling machine, or vice versa, and cool the gas in question during its passage through the cooler.
  • Gas can be understood as a mixture of gases.
  • the cooler can be arranged to convey a gas from the passageways of the single jacket to a regenerator of the Stirling machine, or vice versa, and cool the gas in question during its passage through the cooler.
  • An inner wall of the cooler may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said cooler being entirely included in the cold part of the Stirling machine.
  • the inner wall of the cooler is located on the side of the single jacket.
  • the cooler may include one or more gas flow paths.
  • the cooler comprises gas flow paths.
  • the cooler flow path (s) may be, in part, delimited by the inner wall of the cooler.
  • the cooler flow path (s) may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said cooler being fully understood in the cold part of the Stirling machine.
  • the flow path, or flow paths, of the cooler may be, in part, delimited by an outer wall, or parts of the outer wall, respectively, of the single jacket.
  • the outer wall of the single jacket is located on the side of the cooler.
  • the cooler can be in direct contact with the single jacket and can extend from the passage conduits towards the hot part.
  • the cooler can be in direct contact with the single jacket and can extend from the passage conduits to a separation end of the jacket with the hot part.
  • the cooler can surround the single jacket over an area extending from the separation end of the jacket with the hot part to the passageways of the single jacket.
  • the single jacket and the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the machine of the Stirling machine operating in heat pump mode may be inserted, at least in part, preferably integrally, in a housing until they are supported on the shoulders of the housing.
  • the casing may include, among other things, the connecting rods of the engine and displacer pistons, and the crankshaft.
  • the housing may include a single shoulder or shoulders for the single jacket and a single shoulder or shoulders for the cooler.
  • the single shoulder or the shoulders for the cooler may be different from the single shoulder or the shoulders for the single jacket.
  • the Stirling machine may comprise a head forming, at least in part, preferably integrally, the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode , at least part of one end of said head, said end of separation of the head, preferably the entire end of separation of said head, is, in part, supported on the end of separation of the single jacket and, in part, pressing on a part of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively on a part of the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, said end of separation of the cooler from the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration machine mode, or respectively said end of separation of the heater from the Stirling machine operating in heat pump mode.
  • in support can mean direct contact.
  • the part of the head resting on the separation end of the single jacket and the part of the head resting on the separation end of the cooler can form the entire separation end of said head.
  • the head can constitute part, preferably integrally, the hot part of the Stirling machine.
  • the head forms a part of the cylinder arranged in the hot part of the Stirling machine.
  • the head comprises a hot exchanger.
  • the hot heat exchanger can form part of the head.
  • an end portion of the head forms at least in part, preferably integrally, the hot exchanger.
  • the Stirling machine can comprise a regenerator extending from the separation end of the head to one or more end portions, called regenerator, of one or more gas passage channels moving from the expansion volume of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively from the compression volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, up to the regenerator, or vice versa.
  • the passage channel (s) may be provided in a wall of the head separating the cylinder from the outside of the Stirling machine.
  • the regenerator can be sandwiched between two walls of the head, one of said walls, known as the interior wall of the regenerator, forming part of an interior wall of the of the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode. , or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode, the other of said walls, known as the outer wall of the regenerator, forming a part of an outer wall of the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
  • the passage channel (s) may be between a part of the interior wall of the hot part of the Stirling machine, called the interior wall of the passage channel (s), and another wall of the hot part of the Stirling machine, said wall exterior of the passage channel (s).
  • the inner wall of the regenerator can constitute an extension of the inner wall of the passage channel (s).
  • the outer wall of the regenerator can constitute an extension of the outer wall of the passage channel (s).
  • An extension of the outer wall of the regenerator can form part of the inner wall of the hot part of the Stirling machine.
  • An extension of the outer wall of the regenerator can form part of the inner wall of the hot exchanger.
  • An inner wall of the part of the cylinder formed by the head can constitute the inner wall of the hot part of the Stirling machine.
  • a part of the outer wall of the regenerator can be supported on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, and a part of the inner wall of the regenerator is supported on the separation end of the single jacket.
  • the part of the separation end of the head resting on the separation end of the single jacket constitutes the part of the inner wall of the regenerator resting on the separation end of the single jacket.
  • the part of the separation end of the head resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in pump mode heat constitutes the part of the outer wall of the regenerator resting on the separation end of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode ,.
  • the part of the external wall of the regenerator and the part of the internal wall of the regenerator constitute the separation end of the head.
  • the Stirling machine can include one or more recesses.
  • the recess (s) can be made in:
  • the recess or recesses are arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the Stirling machine so as to limit the thermal conduction between these parts.
  • the contact zones between the hot part and the cold part of the Stirling machine can be arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the Stirling machine so as to limit the thermal conduction between these parts.
  • the Stirling machine may include an assembly system arranged to keep the head and the housing in contact, the assembly system is connected to the housing and is arranged to engage with a shoulder of the head, located at the separation end of the outer wall of the head resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode.
  • the assembly system can be a flange type fixing system.
  • a part of the assembly system arranged to engage the shoulder of the head may be a shoulder of the flange.
  • the assembly system is engaged only with the shoulder.
  • the assembly system can be supported on an outer wall of the casing.
  • the shoulder may be part of the outer wall of the head and / or part of the cooler.
  • the contact zones between the assembly system and the other elements of the Stirling machine can be arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the machine. Stirling so as to limit the thermal conduction between these parts.
  • a maximum hydraulic diameter of each of the flow paths of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively of the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, and of the passage channels of the head can be greater than or equal to a thickness of a thermal boundary layer.
  • a maximum hydraulic diameter of each of the cooler flow paths and the head passage channels can be greater than or equal to twice the thickness of the thermal boundary layer. More preferably, a maximum hydraulic diameter of each of the flow paths of the cooler and of the passage channels of the head can be equal to three times a thickness of the thermal boundary layer.
  • a length of each of the passage conduits in a direction of travel of the displacer and motor pistons is the shortest length of the passage conduits.
  • the Stirling machine can comprise one or more means of friction of the displacing piston and / or one or more means of friction of the driving piston with the single jacket.
  • the friction means or means of the displacing piston and / or one or more means of friction of the driving piston can comprise graphite and / or PolyTetraFluoroEthylene (PTFE).
  • the friction means can be a segment.
  • the friction zone of a piston can be defined as the zone in which extends one or more friction means of the piston in question.
  • a friction zone of the jacket can be defined as the zone of the jacket with which the friction means or means of a piston or pistons are in contact.
  • the lower end of the friction zone of the engine piston may correspond to the end of a friction means located on the side of the crankshaft of the engine piston and the upper limit of travel the friction zone of the displacing piston may correspond to the end of the friction means of the displacing piston situated on the side of the hot exchanger.
  • the unique shirt of the Stirling machine can be made of steel.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a bias view of a beta type Stirling engine according to the invention.
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a sectional view of the single jacket of the Stirling beta type engine according to the invention
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a sectional view of a Stirling beta type engine according to the invention
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a sectional view of a Stirling beta type engine according to the invention.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a sectional view of the assembly system for the hot and cold parts of the Stirling beta type machine according to the invention.
  • FIGURE 6 is a schematic representation in bias view of a vertical section of an area of the Stirling engine of beta type according to the invention comprising the single jacket and the cooler of the Stirling engine.
  • variants of the invention comprising only a selection of described characteristics, isolated from the other described characteristics (even if this selection is isolated within a sentence including these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
  • the part, or element, considered of the Stirling 1 machine operating in engine mode which performs a function different from the function exercised by the same part, or the same element, considered of the Stirling 1 machine operating in another mode can be transposed by the function corresponding to the other operating mode of the Stirling 1 machine by making the changes specified below. To do this, it suffices to transpose the function of the part, or of the element, specific to the operation in motor mode by the function of the part, or of the element, corresponding specific to the intended mode of operation.
  • the part situated on the side of the casing 11 is the cold part 3 and the part situated on the side of the Stirling machine 1 opposite the casing is the hot part 2.
  • the cold part 3 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the cold part 3 of the Stirling machine 1 operating in heat pump mode and corresponds to the hot part 3 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode.
  • the hot part 2 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the hot part 2 of the Stirling machine 1 operating in heat pump mode and corresponds to the cold part 2 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode
  • the part located on the side of the casing 11 of the Stirling machine 1 is the compression zone 3 and the part situated on the side of the Stirling machine 1 opposite the casing is the expansion zone 2
  • the compression zone 3 of the Stirling 1 machine operating in engine mode corresponds to the compression zone 3 of the Stirling 1 machine operating in refrigeration mode and corresponds to the expansion zone 3 of the Stirling 1 machine operating in heat pump mode.
  • the expansion zone 2 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the expansion zone 2 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode and corresponds to the compression zone 2 of the Stirling machine 1 operating in pump mode at heat
  • the element of the Stirling machine 1 in which a gas moving from passage conduits 13 of the single jacket 8 passes to the compression volume 14 of the Stirling machine 1 operating in engine mode or in refrigeration mode, or vice versa is a cooler 4.
  • the part of the Stirling machine 1 located on the side opposite to the casing 11 which can be defined as the exchanger 5 of the Stirling machine 1.
  • the part of the Stirling machine located on the side opposite to the casing 11 is l heat exchanger 5 of the Stirling machine 1 operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively is the cold exchanger 5 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode.
  • a Stirling 1 engine of beta type comprising a cold part 3 and a hot part 2.
  • the Stirling engine 1 comprises a hot exchanger 5 and a cooler 4.
  • the Stirling engine 1 comprises a displacing piston 6 and a driving piston 7.
  • the displacing piston 6 comprises a assembly 131 formed by a sealing segment and a guide ring for the displacing piston 6.
  • the driving piston 7 comprises an assembly 132 formed by a sealing segment and a guide ring for the driving piston 7.
  • the Stirling engine 1 of beta type according to the invention comprises a single jacket 8 disposed integrally in the cold part 3 of the engine 1 and in which the friction zone 9 of the displacing piston 6 and the friction area 10 of the driving piston 7 slide.
  • engine used alone designates a Stirling machine of beta 1 type operating in engine mode.
  • the operating conditions for which the engine 1 has been designed are 900 ° C. for the temperature at the level of the hot exchanger 5, working gas pressures of the order of 100 bars and an operating frequency of 50 Hz for operation in motor mode.
  • the temperature at the cold exchanger 5 is of the order of -50 ° C.
  • the working gas pressures are of the order of 100 bars.
  • the operating frequency is around 50.
  • the temperature at the hot exchanger 5 is 200 ° C.
  • the working gas pressures are around 100 bars and the operating frequency is around 50 Hz.
  • Machine 1 is designed to operate without lubrication.
  • the driving piston 7 and the displacing piston 6 are connected to the crankshaft 26 via respective connecting rods 16, 17.
  • the rod 161 of the connecting rod 16 passes through the driving piston 7 at the level of a sliding pad 27 ensuring the sealing and the sliding of the rod in question through the driving piston 7.
  • the displacing piston 6 comprises radiation shields 35.
  • the single jacket 8 constitutes the part of the cylinder of the engine 1 situated in the cold part 3 of the engine 1.
  • the use of a single jacket 8 makes it possible not to introduce any junction zone present when two shirts are used. This facilitates maintenance and costs, and does not introduce a high thermal gradient which necessarily appears at the junction when using two shirts. It also does not create dead volume at the junction.
  • the single liner 8 comprises passage conduits 13 for the working gas through the liner 8.
  • the passage conduits 13 pass through the liner 8 in a radial direction relative to the strokes of the pistons 6, 7.
  • the passage conduits 13 are distributed annularly along the compression zone 14 of the gases.
  • the passage conduits 13 have an elongated shape.
  • the length of the passage conduits 13 along the inner perimeter of the jacket 8 is greater than the thickness of the passage conduits 13 along the direction of travel of the pistons 6, 7.
  • the thickness of the passage conduits 13 is minimized to reduce the volume located at the volume level of compression 14.
  • the shape of the passage conduits 13 according to the invention thus makes it possible to improve the efficiency of the motor 1 by reducing the distance separating the limit switches of the displacer pistons 6 and motor 7 at the level of the compression volume 14 and consequently reduce the dead volume constituted by the distance separating the limit switches of the displacer 6 and motor 7 pistons at the level of the compression volume 14.
  • the size of the passage conduits 13 governs the pressure drops. A too small size constitutes a brake on the circulation of gases between the compression volume 14 and the expansion volume 15 and on a reduction in the efficiency of the engine 1. In practice, the thickness of the passage conduits 13 limited by the mechanical strength of the shirt.
  • the single liner 8 is inserted into the casing 11 and abuts against a shoulder 12 formed in the inner wall of the casing 11.
  • the part of the outer wall of the liner 8 extending from the lower end of the passage conduits 13 to the end of travel of the friction zone 10 of the driving piston 7 on the side of the connecting rods 16, 17 is in direct contact with the inner wall of the casing 11.
  • the portion of the cold part 3 of the engine 1 comprising the part of the outer wall of the jacket 8 in question is called the lower part 19.
  • the end of the single jacket 8 located on the side of the connecting rods 16, 17 may extend to the beyond the end of the stroke of the driving piston 7 on the side of the connecting rods 16, 17.
  • the part of the outer wall of the liner 8 extending from the lower end of the passage conduits 13 to the end of travel of the friction zone 9 of the displacer piston 6 located on the side of the hot exchanger 5 is not in contact with the inner wall of the casing 11.
  • the portion of the cold part 3 of the engine 1 comprising the part of the outer wall of the jacket 8 in question is called the upper part 20.
  • the casing 11 forms a shoulder 18 which, in the upper part 20 of the cold part 3, moves the inner wall of the casing 11 away from the outer wall of the jacket 8 .
  • a housing is thus formed between the wall of the casing 11 and the wall of the single jacket 8 in the upper part 20 of the cold part 3 of the engine 1.
  • This housing is arranged to receive the cooler 4.
  • the cooler 4 can be inserted in the housing or formed in a block with the casing 11.
  • An inlet 22 and an outlet 23 are provided through the casing 11 to allow the circulation of the heat transfer liquid, for example water, in the cooler
  • the single jacket 8 is in direct contact with the cooler 4. This ensures better cooling of the jacket 8 and therefore of the compression zone 14. In addition, this arrangement ensures direct contact of the single jacket 8 with the entire wall of the cooler 4 over the entire length of the cooler 4. This aspect ensures better heat transfer between these parts.
  • the use of a single jacket 8 entirely located in the compression zone 14 makes it possible to maintain the jacket 8 at low temperatures and therefore to significantly reduce the thickness of the wall of the single jacket 8. This configuration makes it possible to maintain a temperature of the single jacket 8 at a temperature below 60 ° C. The fact that the thickness of the jacket 8 is small considerably reduces the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts which are at different temperatures. The fact that the temperature of the single jacket 8 is low decreases the thermal expansion of the jacket.
  • the jacket can be made of steel, for example 42CD4T steel, and the segments are made of PTFE-graphite composite.
  • the PTFE-graphite couple is used as a solid lubricant, which eliminates the heat treatment stages of steel
  • the cooler 4 comprises flow paths 21 for the working gas. These flow paths 21 extend along the cooler 4 in the direction of travel of the pistons 6, 7 and connect the passage conduits 13 to a regenerator 24 located in the hot part 2 of the engine 1.
  • the cooler 4 is inserted into the housing and abuts against the shoulders 25 and 18 of the casing 11.
  • the shoulder 25 is provided in the wall of the casing 11.
  • the wall of the cooler 4 in contact with the shoulder 18 comprises a recess 394 intended to receive a sealing element between the water and the working gas.
  • the side wall of the cooler 4 in contact with the wall of the casing 11 of the upper part 20 of the engine 1 has a recess 395 also intended to receive a sealing element between the water and the outside.
  • the cooler 4 is arranged so that after being inserted into the housing, its wall located on the side of the jacket 8 is traversed by flow paths 21. Thus, these flow paths 21 connect the passage conduits 13 to a regenerator 24 located in the hot part 2 of the engine 1.
  • the hot part 2 is composed of a steel or inconel head 28.
  • the head 28 constitutes the hot part 2 of the engine 1.
  • the friction zones 9, 10 are in contact only with the single jacket 8, the head 28 is not subjected to any mechanical stress linked to friction .
  • the thickness of the head 28 is therefore also reduced so as to minimize the contact zones between the head 28 and the cold part 3 and consequently further limit the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts of the engine 1 which are not not at the same temperature.
  • In the head 28 is formed the part of the cylinder of the engine 1 located in the hot part 2.
  • the end part of the head 28 comprises the hot exchanger 5.
  • the expansion volume 15 located in the end part of the cylinder is in contact with the hot exchanger 5.
  • a so-called upper portion 29 of the head 28 extends from the hot exchanger 5 to the regenerator 24.
  • a so-called lower portion 30 of the head 28 comprises the regenerator 24 and s' extends from the end of the upper portion 29 to the cooler 4.
  • the outer wall of the upper portion 29 of the head 28 comprises fins 31 improving the heat exchanges in the vicinity of the hot exchanger 5.
  • Passage channels 32 connecting the expansion zone 15 to the regenerator 24 are formed in the upper portion 29 of the head 2. These passage channels 32 are between the inner wall 33 and the outer wall 34 of the head 28.
  • the wall inner 33 of head 28 also constitutes the wall of the cylinder of the engine 1.
  • the fins 31 extend from the external wall 34 of the head 28.
  • a shoulder 36 is formed in the inner surface of the outer wall 34 of the head 28.
  • This shoulder 36 induces an increase in the distance separating the inner wall 33 from the outer wall 34 in the lower portion 30. This increase in the distance forms thus a housing between the walls 33, 34 of the head 28.
  • the shape of the shoulder 36 reduces the pressure losses during the circulation of the gas between the regenerator 24 and the hot exchanger 5.
  • the regenerator 24 can be inserted into the housing or formed of a block with the head 28.
  • the hot part 2 also includes a regenerator 24 intended to store and then restore the heat of the gas passing from the expansion volume 15 of the engine mode 1 to the compression volume 14 of the engine mode 1.
  • the working gas, or working gas is also cooled or heated during its passage through the regenerator 24.
  • the regenerator 24 extends from the passage channels 32 of the head 28 to the flow paths 21 of the cooler 4 of the engine mode 1.
  • the regenerator 24 can be designed separately so as to be perfectly suited to the conditions of use of the engine 1.
  • the regenerator 24 can be inserted into the housing of the head 28 until it abuts against the shoulder 36.
  • the length of the regenerator 24 according to the direction of travel of the pistons 6, 7 will be increased.
  • the optimal length will be established to optimize the compromise between minimizing conduction and reducing head losses and dead volumes.
  • the regenerator 24 is arranged so that the heat is stored as far as possible from the cold part 3 on the side of the hot exchanger 5.
  • regenerator 24 comprising volumes of different porosities arranged successively along the direction of flow of the gas.
  • an alternation of portions with high and low porosity be formed, aiming to increase the overall hydraulic diameter of the regenerator 24 so as to reduce the overall pressure losses while retaining an equivalent exchange surface.
  • a regenerator 24 whose porosity values at the ends of the regenerator 24, and in particular on the side of the hot exchanger 5, are lower than the porosity values at regenerator center 24.
  • the performance of the regenerator 24 is also improved when:
  • the porosities of the portions of the regenerator 24 increase from a central plane of the regenerator towards the ends of the regenerator 24, and / or
  • the portion with the highest porosity of the regenerator has a porosity equal to 1, and / or
  • the porosity is between 0 and 1 per unit of volume and / or between 0 and 1 per unit of length, and / or
  • the regenerator 24 is made of a porous rigid material being composed of a set of contiguous cells arranged spatially with respect to each other, the or each of the contact surfaces of each of the cells with the gas form an angle of between 5 ° and 85 ° with respect to the direction of flow of the gases, and / or
  • each cell of the regenerator 24 comprises at least four oblong elements extending from the center of the cell, each of the elements forming an angle between 5 ° and 85 ° relative to the direction of flow of the gases, and / or
  • the oblong elements of the cells of the regenerator 24 are symmetrical two by two with respect to one or more planes of symmetry comprising the center of the cell.
  • the head 28 is brought into contact with the cold part 3 of the motor 1.
  • the end of the interior wall 33 of the head 28 is in contact with a shoulder 38 located at the end of the single jacket 8.
  • the side wall of the shoulder 38 has a recess 391 aimed at reducing the contact surface between the head 28 and the single jacket 8 and consequently the thermal conduction between the head 28 and the jacket 8.
  • This recess 391 also makes it possible to accommodate a sealing element.
  • a shoulder 40 situated at the end of the external wall 34 of the head 28 is in contact with the face of the cooler 4 situated opposite the head 28.
  • the face of the cooler 4 facing the head 28 comprises two recesses 392, 393 aimed at reducing the contact surface between the head 28 and the cooler 4 and consequently the thermal conduction between the head 28 and the cooler 4.
  • the recess 392 is arranged to receive a sealing element between the working gas and the outside.
  • the cold part 3 is kept in contact with the hot part 2 by means of a system of assembly flanges 37.
  • the motor 1 comprises eight systems of assembly flanges 37.
  • Each system 37 comprises a screw 41 intended to be inserted from an upper side of a flange 42 and into a passage through the flange 42.
  • the thread of the screw 41 is intended to be carried projecting from the side opposite to the upper side of the flange 42.
  • Each flange 42 is intended to keep in contact the head 28 and the casing 11 by carrying a part of the flange 42 bearing on the head 28 and another part of the flange 42 bearing on the casing 11. After the screw 41 has been inserted, the head 48 of the screw 41 is intended to be brought to bear on the flange 42.
  • the thread of the screw 41 is designed to be screwed into a thread made in a bead 44 of the casing 11.
  • the flange 42 comprises a shoulder 45 intended to come into engagement with the shoulder 40 of the head 28 so that, after screw screw 41, the head 28 is maintained in intimate contact with the cooler 4.
  • the shoulder 46 can be arranged so as to be in contact only with the cooler 4, not with the casing 11.
  • the shoulder 45 has a recess 396 aimed at reducing the thermal conduction between the flange 42, and consequently the casing 11, and the head 28.
  • the shoulder 45 of the flange 42 can therefore be defined as consisting of an edge 46 extending in the direction connecting the expansion zone 15 to the compression zone 14 and forming the single part of the flange 42 intended to come into contact with the head 28, and in particular in contact with the shoulder 40 of the head 28.
  • This edge 46 is located on the side of the flange 42 facing the motor 1. This stop 46 aims to minimize the contact area between the flange 42 and the head 28.
  • the face of the flange 42 located opposite the bead 44 of the casing 11 has an edge 47 intended to come into abutment s ur the bead 44. This edge 47 extending in the direction connecting the expansion zone 15 to the compression zone 14 and being brought into contact with the bead 44.
  • This edge 47 is located on the outside of the flange 42 relative to the center of the machine 1. This edge 47 forms the single part of the flange 42 intended to come into contact with the casing 11. This stop 47 aims to reduce the contact zones between the flange 42 and the casing 11 while maintaining a space between the flange 42 and the casing 11. According to the invention, the reduction of the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts which are at different temperatures has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, that are:
  • the reduction in dead volumes has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, which are:
  • the reduction in pressure losses during the circulation of the gases has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, that are: use a regenerator 4 comprising volumes of different successive porosities arranged along the gas flow direction, and / or
  • regenerator comprising alternating portions of high and low porosity so as to increase the overall hydraulic diameter of the regenerator 4 so as to reduce the overall pressure losses while retaining an equivalent exchange surface, and / or
  • regenerator 4 whose porosity values at the ends of the regenerator 4, and in particular on the side of the hot exchanger 5, are lower than the porosity values at the center of the regenerator 4, and / or
  • the porosities of the portions of the regenerator 24 increase from a central plane of the regenerator towards the ends of the regenerator 24, and / or
  • the portion with the highest porosity of the regenerator has a porosity equal to 1, and / or
  • the porosity is between 0 and 1 per unit of volume and / or between 0 and 1 per unit of length, and / or
  • the regenerator 24 is made of a porous rigid material being composed of a set of contiguous cells arranged spatially with respect to each other, the or each of the contact surfaces of each of the cells with the gas form an angle of between 5 ° and 85 ° with respect to the direction of flow of the gases, and / or
  • each cell of the regenerator 24 comprises at least four oblong elements extending from the center of the cell, each of the elements forming an angle between 5 ° and 85 ° relative to the direction of flow of the gases, and / or
  • the oblong elements of the cells of the regenerator 24 are symmetrical two by two with respect to one or more planes of symmetry comprising the center of the cell.
  • the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention.
  • the different characteristics, forms, variants and embodiments of the invention can be combined with one another in various combinations as long as they are not incompatible or mutually exclusive of each other.

Abstract

The invention relates to a beta-type Stirling machine (1) capable of operating in an engine mode or in a heat pump mode. The Stirling machine has a cold section (3) and a hot section (2), a displacement piston (6) comprising a friction zone (9), and an engine piston (7) comprising a friction zone (10). The Stirling machine has a single liner (8) arranged in the cold section of the Stirling machine operating in the engine mode or in the heat pump mode, wherein the friction zones of said displacement piston and engine piston slide within said single liner.

Description

Machine Stirling de type béta Beta type Stirling machine
Domaine technique Technical area
La présente invention se rapporte au domaine des machines à apport de chaleur externe. En particulier, ces machines peuvent être utilisées en mode moteur, ou en mode récepteur dans un fonctionnement en mode frigorifique ou dans un fonctionnement en mode pompe à chaleur. The present invention relates to the field of machines providing external heat. In particular, these machines can be used in motor mode, or in receiver mode in operation in refrigeration mode or in operation in heat pump mode.
L'invention concerne en particulier les machines Stirling de type béta. The invention relates in particular to Stirling beta type machines.
Etat de la technique antérieure State of the art
On connaît dans l'état de la technique antérieure les moteurs, les machines frigorifiques et les pompes à chaleur Stirling de type béta. On connaît dans l'état de la technique des travaux visant à améliorer l'étanchéité entre la zone de compression, et la zone de détente de la machine Stirling. On connaît en revanche peu de travaux concluants portant sur la minimisation des conductions de chaleur directes entre la source froide et la source chaude de la machine Stirling. En effet, l'essentiel des progrès apportés aux machines Stirling de l'état de la technique portent sur l'étanchéité. Known in the prior art are motors, refrigeration machines and Stirling beta type heat pumps. There are known in the state of the art work aimed at improving the seal between the compression zone and the expansion zone of the Stirling machine. On the other hand, little conclusive work is known concerning the minimization of direct heat conduction between the cold source and the hot source of the Stirling machine. Indeed, most of the progress made in Stirling machines of the state of the art relates to sealing.
Un but de l'invention est notamment de : An object of the invention is in particular to:
- diminuer les échanges thermiques par conduction entre les parties chaude et froide de la machine Stirling, et/ou - reduce heat exchange by conduction between the hot and cold parts of the Stirling machine, and / or
- diminuer les volumes morts présents dans la machine Stirling, et/ou - reduce the dead volumes present in the Stirling machine, and / or
- diminuer les pertes de charge lors de la circulation du gaz de travail dans la machine Stirling, - reduce the pressure losses during the circulation of the working gas in the Stirling machine,
- améliorer le refroidissement dans les zones de frottement de la machine Stirling. - improve the cooling in the friction zones of the Stirling machine.
Présentation de l'invention Presentation of the invention
A cet effet, il est proposé une machine Stirling de type beta pouvant fonctionner en mode moteur ou en mode pompe à chaleur ou en mode frigorifique, ladite machine Stirling comprenant : To this end, a beta type Stirling machine is proposed which can operate in engine mode or in heat pump mode or in refrigeration mode, said Stirling machine comprising:
- une partie froide et une partie chaude, - a cold part and a hot part,
- un piston déplaceur comprenant une zone de frottement, - a displacement piston comprising a friction zone,
- un piston moteur comprenant une zone de frottement. La machine Stirling comprend une unique chemise disposée dans la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement dans la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique, et dans laquelle coulissent les zones de frottement du piston déplaceur et du piston moteur. - an engine piston comprising a friction zone. The Stirling machine comprises a single jacket disposed in the cold part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively in the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode, and in which the friction zones slide. of the displacing piston and the driving piston.
Dans la présente demande, le terme « machine Stirling » désigne une machine Stirling de type béta pouvant fonctionner aussi bien en mode moteur qu'en mode récepteur (c'est-à-dire en fonctionnement machine frigorifique ou pompe à chaleur). In the present application, the term “Stirling machine” designates a Stirling machine of the beta type that can operate both in engine mode and in receiver mode (that is to say in refrigeration machine or heat pump operation).
Dans la présente demande, lorsqu'aucun mode de fonctionnement de la machine Stirling n'est précisé (mode moteur ou mode frigorifique ou mode pompe à chaleur), le mode de fonctionnement moteur est considéré comme le mode de fonctionnement par défaut. Dans ce cas, il est entendu que la caractéristique de la machine Stirling décrite correspond au fonctionnement en mode moteur. Dès lors, une partie, ou un élément, considéré de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur qui exerce une fonction différente d'une fonction exercée par la même partie, ou le même élément, considéré de la machine Stirling fonctionnant dans un autre mode, peut être transposée par la fonction de la partie, ou de l'élément, considéré correspondant à l'autre mode de fonctionnement de la machine Stirling en opérant les changements précisés ci-dessous. In the present application, when no operating mode of the Stirling machine is specified (engine mode or cooling mode or heat pump mode), the engine operating mode is considered to be the default operating mode. In this case, it is understood that the characteristic of the Stirling machine described corresponds to operation in engine mode. Consequently, a part, or an element, considered of the Stirling machine operating in engine mode which exerts a function different from a function exercised by the same part, or the same element, considered of the Stirling machine operating in another mode, can be transposed by the function of the part, or element, considered corresponding to the other operating mode of the Stirling machine by making the changes specified below.
Concernant les parties froides et chaudes de la machine Stirling. Lorsque la machine Stirling fonctionne en mode moteur, la partie située du côté d'un carter de la machine Stirling est la partie froide et la partie située du côté de la machine Stirling opposé au carter est la partie chaude. La partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur correspond à la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur et correspond à la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique. De manière analogue la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur correspond à la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur et correspond à la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique. Regarding the cold and hot parts of the Stirling machine. When the Stirling machine is operating in engine mode, the part located on the side of a housing of the Stirling machine is the cold part and the part situated on the side of the Stirling machine opposite the housing is the hot part. The cold part of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the cold part of the Stirling machine operating in heat pump mode and corresponds to the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode. Similarly, the hot part of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the hot part of the Stirling machine operating in heat pump mode and corresponds to the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
Concernant les zones de compression et de détente de la machine Stirling. Lorsque la machine Stirling fonctionne en mode moteur, la partie située du côté d'un carter de la machine Stirling est la zone de compression et la partie située du côté de la machine Stirling opposé au carter est la zone de détente. La zone de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur correspond à la zone de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique et correspond à la zone de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. De manière analogue la zone de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur correspond à la zone de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique et correspond à la zone de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. Concerning the compression and expansion zones of the Stirling machine. When the Stirling machine is operating in engine mode, the part located on the side of a Stirling machine housing is the compression zone and the part located on the side of the Stirling machine opposite the housing is the expansion zone. The compression zone of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the compression zone of the Stirling machine operating in refrigeration mode and corresponds to the expansion zone of the Stirling machine operating in heat pump mode. Similarly, the expansion zone of the Stirling machine operating in engine mode corresponds to the expansion zone of the Stirling machine operating in refrigeration mode and corresponds to the compression zone of the Stirling machine operating in heat pump mode.
Lorsque l'on considère l'élément de la machine Stirling définit comme le réchauffeur, ou respectivement le refroid isseur, de la machine Stirling. L'élément de la machine Stirling dans lequel transite un gaz se déplaçant depuis des conduits de passage de la chemise unique vers le volume de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou inversement, est un refroidisseur. L'élément de la machine Stirling dans lequel transite un gaz se déplaçant depuis des conduits de passage de la chemise unique vers le volume de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, ou inversement, est un réchauffeur. When we consider the element of the Stirling machine defined as the heater, or respectively the cooler, of the Stirling machine. The element of the Stirling machine in which a gas traveling from the passageways of the single jacket passes to the compression volume of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or vice versa, is a cooler. The element of the Stirling machine in which a gas traveling from the passageways of the single jacket passes to the expansion volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, or vice versa, is a heater.
Lorsque l'on considère la partie de la machine Stirling située du côté opposé au carter qui peut être définie comme l'échangeur de la machine Stirling. La partie de la machine Stirling située du côté opposé au carter est l'échangeur chaud de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement est l'échangeur froid de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique. When we consider the part of the Stirling machine located on the side opposite the casing which can be defined as the exchanger of the Stirling machine. The part of the Stirling machine located on the side opposite the casing is the hot exchanger of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively is the cold exchanger of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
L'unique chemise peut être une chemise sèche. The only shirt can be a dry shirt.
L'unique chemise peut constituer une pièce d'un seul tenant. The single shirt can be a single piece.
L'unique chemise peut être réalisée d'un seul bloc et/ou dans un même matériau. The single shirt can be made in one piece and / or in the same material.
L'unique chemise peut être disposée intégralement dans la partie froide de la machine Stirling. The single shirt can be placed entirely in the cold part of the Stirling machine.
La chemise unique peut former une partie d'un cylindre de la machine Stirling se trouvant dans la partie froide de la machine Stirling. La chemise unique peut s'étendre le long des courses des zones de frottement du piston déplaceur et du piston moteur. The single jacket can form part of a cylinder of the Stirling machine located in the cold part of the Stirling machine. The single jacket can extend along the races of the friction zones of the displacing piston and the driving piston.
Il est entendu par zones de frottement du piston déplaceur et du piston moteur, la zone de frottement du piston déplaceur avec la chemise unique et la zone de frottement du piston avec la chemise unique. By friction zones of the displacing piston and of the driving piston, it is understood the zone of friction of the displacing piston with the single jacket and the zone of friction of the piston with the single jacket.
Une zone de la chemise unique ne présentant pas de frottements peut être située entre la zone de frottement du piston déplaceur avec la chemise unique et la zone de frottement du piston avec la chemise unique. A zone of the single jacket having no friction may be situated between the zone of friction of the displacing piston with the single jacket and the zone of friction of the piston with the single jacket.
La chemise unique peut s'étendre uniquement le long des courses des zones de frottement du piston déplaceur et du piston moteur. The single jacket can extend only along the races of the friction zones of the displacing piston and the driving piston.
La chemise peut s'étendre au-delà des courses des zones de frottement du piston déplaceur et/ou du piston moteur. The jacket can extend beyond the races of the friction zones of the displacing piston and / or of the driving piston.
La chemise unique peut s'étendre depuis une fin de course inférieure de la zone de frottement du piston moteur, dite extrémité de carter de la chemise unique, ladite fin de course inférieure de la zone de frottement du piston moteur étant située du côté d'un vilebrequin du piston moteur, jusqu'à une fin de course supérieure de la zone de frottement du piston déplaceur, dite extrémité de séparation de la chemise unique, ladite fin de course supérieure de la zone de frottement du piston déplaceur étant située du côté d'un échangeur. The single jacket can extend from a lower end of travel of the friction zone of the driving piston, said end of the casing of the single jacket, said lower end of travel of the friction zone of the driving piston being situated on the side of a crankshaft of the engine piston, up to an upper end of travel of the friction zone of the displacing piston, said separation end of the single jacket, said upper end of travel of the friction zone of the displacing piston being situated on the side d 'an exchanger.
L'échangeur chaud peut être situé du côté d'une zone de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement du côté d'une zone de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. The hot exchanger can be located on the side of an expansion zone of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively on the side of a compression zone of the Stirling machine operating in heat pump mode.
L'échangeur peut être un échangeur chaud lorsque la machine Stirling fonctionne en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement un échangeur froid lorsque la machine Stirling fonctionne en mode frigorifique. The exchanger can be a hot exchanger when the Stirling machine is operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively a cold exchanger when the Stirling machine is operating in refrigeration mode.
La chemise unique peut s'étendre depuis une fin de course inférieure d'une partie terminale du piston moteur, dite extrémité de carter de la chemise unique, ladite fin de course inférieure de la partie terminale du piston moteur étant située du côté du vilebrequin du piston moteur. La fin de course supérieure d'une partie terminale du piston déplaceur située du côté de l'échangeur chaud est, de préférence, située dans l'échangeur chaud. The single jacket may extend from a lower end of travel of an end portion of the engine piston, said end of the housing of the single jacket, said lower end of travel of the end portion of the engine piston being located on the side of the crankshaft of the engine piston. The upper limit switch of a terminal part of the displacer piston located on the side of the hot exchanger is preferably located in the hot exchanger.
De préférence, l'échangeur chaud forme une partie terminale de la partie chaude de la machine Stirling. De préférence, l'échangeur chaud forme une partie terminale du cylindre. Preferably, the hot exchanger forms an end part of the hot part of the Stirling machine. Preferably, the hot exchanger forms an end part of the cylinder.
La chemise unique peut comprendre des conduits de passage d'un gaz se déplaçant depuis un volume de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement un volume de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, vers un refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement un réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, ou inversement, lesdits conduits de passage traversant la chemise unique. Les conduits de passage peuvent s'étendre selon l'épaisseur de la chemise unique. The single jacket may include conduits for the passage of a gas moving from a compression volume of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively an expansion volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, towards a cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively a heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, or vice versa, said passage conduits passing through the single jacket. The passage conduits can extend according to the thickness of the single jacket.
Le volume de compression se situe entre le piston déplaceur et le piston moteur. Lorsque le piston moteur est en fin de course supérieure, le piston déplaceur est à mi-course. Il existe un angle du cycle où le volume de compression est minimal. The compression volume is located between the displacing piston and the driving piston. When the engine piston is at the upper end of travel, the displacer piston is at mid-stroke. There is an angle of the cycle where the compression volume is minimal.
De préférence, les conduits de passage peuvent être situés dans une zone de la chemise, dite zone de compression, située entre la fin de course supérieure du piston moteur et la fin de course inférieure du piston déplaceur. Preferably, the passage conduits can be located in a zone of the jacket, called compression zone, situated between the upper end of travel of the driving piston and the lower end of travel of the displacing piston.
De préférence, les conduits de passage peuvent être répartis de manière annulaire dans la zone de compression. Preferably, the passage conduits can be distributed annularly in the compression zone.
De préférence, lesdits conduits de passage traversant la chemise unique sont situés au niveau d'une zone de la chemise unique ne présentant pas de frottements. Preferably, said passage conduits passing through the single jacket are located at an area of the single jacket that does not have friction.
Le refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur peut être, au moins en partie, de préférence intégralement, en contact direct avec la chemise unique et peut entourer, au moins en partie, de préférence intégralement, la chemise unique, ledit de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, étant entièrement compris dans la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement dans la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique. The cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said one of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, being entirely included in the cold part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively in the hot part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
Le refroidisseur peut être agencé pour convoyer un gaz depuis les conduits de passage de la chemise unique en direction de la partie chaude de la machine Stirling, ou inversement, et refroidir le gaz en question lors de son passage dans le refroidisseur. The cooler can be arranged to convey a gas from the passageways of the single jacket towards the hot part of the Stirling machine, or vice versa, and cool the gas in question during its passage through the cooler.
Il peut être entendu par gaz un mélange de gaz. Gas can be understood as a mixture of gases.
Le refroidisseur peut être agencé pour convoyer un gaz depuis les conduits de passage de la chemise unique jusqu'à un régénérateur de la machine Stirling, ou inversement, et refroidir le gaz en question lors de son passage dans le refroidisseur. The cooler can be arranged to convey a gas from the passageways of the single jacket to a regenerator of the Stirling machine, or vice versa, and cool the gas in question during its passage through the cooler.
Une paroi intérieure du refroidisseur peut être, au moins en partie, de préférence intégralement, en contact direct avec la chemise unique et peut entourer, au moins en partie, de préférence intégralement, la chemise unique, ledit refroidisseur étant entièrement compris dans la partie froide de la machine Stirling. La paroi intérieure du refroidisseur est située du côté de la chemise unique. An inner wall of the cooler may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said cooler being entirely included in the cold part of the Stirling machine. The inner wall of the cooler is located on the side of the single jacket.
Le refroidisseur peut comprendre une ou des voies d'écoulements du gaz. De préférence, le refroidisseur comprend des voies découlements du gaz. The cooler may include one or more gas flow paths. Preferably, the cooler comprises gas flow paths.
La ou les voies d'écoulements du refroidisseur peuvent être, en partie, délimitées par la paroi intérieure du refroidisseur. The cooler flow path (s) may be, in part, delimited by the inner wall of the cooler.
La ou les voies d'écoulements du refroidisseur peuvent être, au moins en partie, de préférence intégralement, en contact direct avec la chemise unique et peuvent entourer, au moins en partie, de préférence intégralement, la chemise unique, ledit refroidisseur étant entièrement compris dans la partie froide de la machine Stirling. La voie d'écoulement, ou les voies d'écoulements, du refroidisseur peut être, en partie, délimitée par une paroi extérieure, ou respectivement des parties de la paroi extérieure, de la chemise unique. La paroi extérieure de la chemise unique est située du côté du refroidisseur. Le refroidisseur peut être en contact direct avec la chemise unique et peut s'étendre depuis les conduits de passage en direction de la partie chaude. The cooler flow path (s) may be, at least in part, preferably integrally, in direct contact with the single jacket and may surround, at least in part, preferably integrally, the single jacket, said cooler being fully understood in the cold part of the Stirling machine. The flow path, or flow paths, of the cooler may be, in part, delimited by an outer wall, or parts of the outer wall, respectively, of the single jacket. The outer wall of the single jacket is located on the side of the cooler. The cooler can be in direct contact with the single jacket and can extend from the passage conduits towards the hot part.
Le refroidisseur peut être en contact direct avec la chemise unique et peut s'étendre depuis les conduits de passage jusqu'à une extrémité de séparation de la chemise avec la partie chaude. The cooler can be in direct contact with the single jacket and can extend from the passage conduits to a separation end of the jacket with the hot part.
Le refroidisseur peut entourer la chemise unique sur une zone s'étendant depuis l'extrémité de séparation de la chemise avec la partie chaude jusqu'aux conduits de passage de la chemise unique. The cooler can surround the single jacket over an area extending from the separation end of the jacket with the hot part to the passageways of the single jacket.
La chemise unique et le refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, peuvent être insérés, au moins en partie, de préférence intégralement, dans un carter jusqu'à être portés en appui sur des épaulements du carter. The single jacket and the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the machine of the Stirling machine operating in heat pump mode, may be inserted, at least in part, preferably integrally, in a housing until they are supported on the shoulders of the housing.
Le carter peut comprendre, entre autre, les bielles des pistons moteur et déplaceur, et le vilebrequin. The casing may include, among other things, the connecting rods of the engine and displacer pistons, and the crankshaft.
Le carter peut comprendre un épaulement unique ou des épaulements pour la chemise unique et un épaulement unique ou des épaulements pour le refroidisseur. L'épaulement unique ou les épaulements pour le refroidisseur peuvent être différents de l'épaulement unique ou des épaulements pour la chemise unique. The housing may include a single shoulder or shoulders for the single jacket and a single shoulder or shoulders for the cooler. The single shoulder or the shoulders for the cooler may be different from the single shoulder or the shoulders for the single jacket.
La machine Stirling peut comprendre une tête formant, au moins en partie, de préférence intégralement, la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement de la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique, au moins une partie d'une extrémité de ladite tête, dite extrémité de séparation de la tête, de préférence l'intégralité de l'extrémité de séparation de ladite tête, est, en partie, en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique et, en partie, en appui sur une partie du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement sur une partie du réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, dite extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode machine frigorifique, ou respectivement dite extrémité de séparation du réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. The Stirling machine may comprise a head forming, at least in part, preferably integrally, the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode , at least part of one end of said head, said end of separation of the head, preferably the entire end of separation of said head, is, in part, supported on the end of separation of the single jacket and, in part, pressing on a part of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively on a part of the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, said end of separation of the cooler from the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration machine mode, or respectively said end of separation of the heater from the Stirling machine operating in heat pump mode.
Le terme « en appui » peut signifier un contact direct. The term "in support" can mean direct contact.
La partie de la tête en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique et la partie de la tête en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur peuvent former l'intégralité de l'extrémité de séparation de ladite tête. The part of the head resting on the separation end of the single jacket and the part of the head resting on the separation end of the cooler can form the entire separation end of said head.
De préférence, aucun frottement n'intervient entre le piston déplaceur et la tête. Preferably, no friction occurs between the displacer piston and the head.
La tête peut constituer en partie, de préférence intégralement, la partie chaude de la machine Stirling. The head can constitute part, preferably integrally, the hot part of the Stirling machine.
De préférence, la tête forme une partie du cylindre disposée dans la partie chaude de la machine Stirling. Preferably, the head forms a part of the cylinder arranged in the hot part of the Stirling machine.
De préférence, la tête comprend un échangeur chaud. L'échangeur chaud peut former une partie de la tête. Preferably, the head comprises a hot exchanger. The hot heat exchanger can form part of the head.
De préférence, une partie terminale de la tête forme au moins en partie, de préférence intégralement, l'échangeur chaud. Preferably, an end portion of the head forms at least in part, preferably integrally, the hot exchanger.
La machine Stirling peut comprendre un régénérateur s'étendant depuis l'extrémité de séparation de la tête jusqu'à une ou des parties terminales, dite de régénérateur, d'un ou de canaux de passage du gaz se déplaçant depuis le volume de détente de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement depuis le volume de compression de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, jusqu'au régénérateur, ou inversement. The Stirling machine can comprise a regenerator extending from the separation end of the head to one or more end portions, called regenerator, of one or more gas passage channels moving from the expansion volume of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively from the compression volume of the Stirling machine operating in heat pump mode, up to the regenerator, or vice versa.
Le ou les canaux de passage peuvent être ménagés dans une paroi de la tête séparant le cylindre de l'extérieur de la machine Stirling. The passage channel (s) may be provided in a wall of the head separating the cylinder from the outside of the Stirling machine.
Le régénérateur peut être enserré entre deux parois de la tête, une desdites parois, dite paroi intérieure du régénérateur, formant une partie d'une paroi intérieure de la de la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement de la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique, l'autre desdites parois, dite paroi extérieure du régénérateur, formant une partie d'une paroi extérieure de la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement de la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique. The regenerator can be sandwiched between two walls of the head, one of said walls, known as the interior wall of the regenerator, forming part of an interior wall of the of the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode. , or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode, the other of said walls, known as the outer wall of the regenerator, forming a part of an outer wall of the hot part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively of the cold part of the Stirling machine operating in refrigeration mode.
Le ou les canaux de passage peuvent être compris entre une partie de la paroi intérieure de la partie chaude de la machine Stirling, dite paroi intérieure du ou des canaux de passage, et une autre paroi de la partie chaude de la machine Stirling, dite paroi extérieure du ou des canaux de passage. The passage channel (s) may be between a part of the interior wall of the hot part of the Stirling machine, called the interior wall of the passage channel (s), and another wall of the hot part of the Stirling machine, said wall exterior of the passage channel (s).
La paroi intérieure du régénérateur peut constituer un prolongement de la paroi intérieure du ou des canaux de passage. La paroi extérieure du régénérateur peut constituer un prolongement de la paroi extérieure du ou des canaux de passage. The inner wall of the regenerator can constitute an extension of the inner wall of the passage channel (s). The outer wall of the regenerator can constitute an extension of the outer wall of the passage channel (s).
Un prolongement de la paroi extérieure du régénérateur peut former une partie de la paroi intérieure de la partie chaude de la machine Stirling. Un prolongement de la paroi extérieure du régénérateur peut former une partie de la paroi intérieure de l'échangeur chaud. An extension of the outer wall of the regenerator can form part of the inner wall of the hot part of the Stirling machine. An extension of the outer wall of the regenerator can form part of the inner wall of the hot exchanger.
Une paroi intérieure de la partie du cylindre formée par la tête peut constituer la paroi intérieure de la partie chaude de la machine Stirling. An inner wall of the part of the cylinder formed by the head can constitute the inner wall of the hot part of the Stirling machine.
Une partie de la paroi extérieure du régénérateur peut être en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, et une partie de la paroi intérieure du régénérateur est en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique. Dans ce cas, la partie de l'extrémité de séparation de la tête en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique constitue la partie de la paroi intérieure du régénérateur en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique. Dans ce cas, également, la partie de l'extrémité de séparation de la tête en appui sur extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, constitue la partie de la paroi extérieure du régénérateur en appui sur l'extrémité de séparation du de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur,. Dans ce cas, également, la partie de la paroi extérieure du régénérateur et la partie de la paroi intérieure du régénérateur constituent l'extrémité de séparation de la tête. A part of the outer wall of the regenerator can be supported on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, and a part of the inner wall of the regenerator is supported on the separation end of the single jacket. In this case, the part of the separation end of the head resting on the separation end of the single jacket constitutes the part of the inner wall of the regenerator resting on the separation end of the single jacket. In this case, too, the part of the separation end of the head resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in pump mode heat, constitutes the part of the outer wall of the regenerator resting on the separation end of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode ,. In this case, too, the part of the external wall of the regenerator and the part of the internal wall of the regenerator constitute the separation end of the head.
La machine Stirling peut comprendre un ou des évidements. Le ou les évidements peuvent être réalisés dans : The Stirling machine can include one or more recesses. The recess (s) can be made in:
- une ou des parties de l'extrémité de séparation de la chemise unique en appui sur l'extrémité de séparation de la tête et/ou une ou des parties de l'extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, en appui sur l'extrémité de séparation de la tête, et/ou - one or parts of the separation end of the single liner pressing on the separation end of the head and / or one or parts of the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, pressing on the separation end of the head, and / or
- une ou des parties de l'extrémité de séparation de la tête en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique et/ou en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. - one or parts of the separation end of the head resting on the separation end of the single jacket and / or resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigerator, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode.
De préférence, le ou les évidements sont agencés pour minimiser les surfaces de contact entre la partie chaude et la partie froide de la machine Stirling de sorte à limiter la conduction thermique entre ces parties. Preferably, the recess or recesses are arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the Stirling machine so as to limit the thermal conduction between these parts.
De préférence, les zones de contact entre la partie chaude et la partie froide de la machine Stirling, entre autre entre le régénérateur et la tête et entre la chemise unique et la tête, peuvent être agencées pour minimiser les surfaces de contact entre la partie chaude et la partie froide de la machine Stirling de sorte à limiter la conduction thermique entre ces parties. Preferably, the contact zones between the hot part and the cold part of the Stirling machine, inter alia between the regenerator and the head and between the single jacket and the head, can be arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the Stirling machine so as to limit the thermal conduction between these parts.
La machine Stirling peut comprendre un système d'assemblage agencé pour maintenir en contact la tête et le carter, le système d'assemblage est relié au carter et est agencé pour venir en prise avec un épaulement de la tête, situé au niveau de l'extrémité de séparation de la paroi extérieure de la tête étant en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur,. The Stirling machine may include an assembly system arranged to keep the head and the housing in contact, the assembly system is connected to the housing and is arranged to engage with a shoulder of the head, located at the separation end of the outer wall of the head resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode.
Le système d'assemblage peut être un système de fixation de type bride. The assembly system can be a flange type fixing system.
Une partie du système d'assemblage agencée pour venir en prise avec l'épaulement de la tête peut être un épaulement de la bride. A part of the assembly system arranged to engage the shoulder of the head may be a shoulder of the flange.
De préférence, le système d'assemblage est en prise uniquement avec l'épaulement. Le système d'assemblage peut être en appui sur une paroi extérieure du carter. Preferably, the assembly system is engaged only with the shoulder. The assembly system can be supported on an outer wall of the casing.
L'épaulement peut être une partie de la paroi extérieure de la tête et/ou une partie du refroidisseur. The shoulder may be part of the outer wall of the head and / or part of the cooler.
De préférence, les zones de contact entre le système d'assemblage et les autres éléments de la machine Stirling, entre autre le carter et la tête, peuvent être agencées pour minimiser les surfaces de contact entre la partie chaude et la partie froide de la machine Stirling de sorte à limiter la conduction thermique entre ces parties. Preferably, the contact zones between the assembly system and the other elements of the Stirling machine, inter alia the casing and the head, can be arranged to minimize the contact surfaces between the hot part and the cold part of the machine. Stirling so as to limit the thermal conduction between these parts.
Un diamètre hydraulique maximal de chacune des voies d'écoulement du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou respectivement du réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, et des canaux de passage de la tête peuvent être supérieurs ou égaux à une épaisseur d'une couche limite thermique. A maximum hydraulic diameter of each of the flow paths of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode or in refrigeration mode, or respectively of the heater of the Stirling machine operating in heat pump mode, and of the passage channels of the head can be greater than or equal to a thickness of a thermal boundary layer.
De préférence, un diamètre hydraulique maximal de chacune des voies d'écoulement du refroidisseur et des canaux de passage de la tête peuvent être supérieurs ou égaux à deux fois une épaisseur de la couche limite thermique. De préférence encore, un diamètre hydraulique maximal de chacune des voies d'écoulement du refroidisseur et des canaux de passage de la tête peuvent être égaux à trois fois une épaisseur de la couche limite thermique. Preferably, a maximum hydraulic diameter of each of the cooler flow paths and the head passage channels can be greater than or equal to twice the thickness of the thermal boundary layer. More preferably, a maximum hydraulic diameter of each of the flow paths of the cooler and of the passage channels of the head can be equal to three times a thickness of the thermal boundary layer.
Cette caractéristique a pour effet de contraindre les écoulements selon une dynamique souhaitée tout en limitant le volume mort que constitue le refroidisseur. De préférence, une longueur de chacun des conduits de passage selon une direction de course des pistons déplaceur et moteur, dite épaisseur des conduits de passage, est la plus petite longueur des conduits de passage. La machine Stirling peut comprendre un ou des moyens de frottement du piston déplaceur et/ou un ou des moyens de frottement du piston moteur avec la chemise unique. Le ou les moyens de frottement du piston déplaceur et/ou un ou des moyens de frottement du piston moteur peuvent comprendre du graphite et/ou du PolyTetraFluoroEthylène (PTFE). This characteristic has the effect of constraining the flows according to a desired dynamic while limiting the dead volume that constitutes the cooler. Preferably, a length of each of the passage conduits in a direction of travel of the displacer and motor pistons, called the thickness of the passage conduits, is the shortest length of the passage conduits. The Stirling machine can comprise one or more means of friction of the displacing piston and / or one or more means of friction of the driving piston with the single jacket. The friction means or means of the displacing piston and / or one or more means of friction of the driving piston can comprise graphite and / or PolyTetraFluoroEthylene (PTFE).
Le moyen de frottement peut être un segment. The friction means can be a segment.
La zone de frottement d'un piston peut être définie comme la zone dans laquelle s'étend un ou des moyens de frottement du piston en question. The friction zone of a piston can be defined as the zone in which extends one or more friction means of the piston in question.
Une zone de frottement de la chemise peut être définie comme la zone de la chemise avec laquelle le ou les moyens de frottement d'un piston ou des pistons sont en contact. A friction zone of the jacket can be defined as the zone of the jacket with which the friction means or means of a piston or pistons are in contact.
Lorsqu'un piston comprend plusieurs moyens de frottement, la fin de course inférieure de la zone de frottement du piston moteur peut correspondre à l'extrémité d'un moyen de frottement situé du côté du vilebrequin du piston moteur et la fin de course supérieure de la zone de frottement du piston déplaceur peut correspondre à l'extrémité du moyen de frottement du piston déplaceur situé du côté de l'échangeur chaud. When a piston comprises several friction means, the lower end of the friction zone of the engine piston may correspond to the end of a friction means located on the side of the crankshaft of the engine piston and the upper limit of travel the friction zone of the displacing piston may correspond to the end of the friction means of the displacing piston situated on the side of the hot exchanger.
La chemise unique de la machine Stirling peut être en acier. The unique shirt of the Stirling machine can be made of steel.
Description des figures Description of the figures
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : Other advantages and particularities of the invention will appear on reading the detailed description of implementations and embodiments in no way limiting, and the following appended drawings:
[Fig. 1] la FIGURE 1 est une représentation schématique d'une vue de biais d'un moteur Stirling de type béta selon l'invention, [Fig. 1] FIGURE 1 is a schematic representation of a bias view of a beta type Stirling engine according to the invention,
[Fig. 2] la FIGURE 2 est une représentation schématique de vue en coupe de la chemise unique du moteur Stirling de type béta selon l'invention, [Fig. 3] la FIGURE 3 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un moteur Stirling de type béta selon l'invention, [Fig. 2] FIGURE 2 is a schematic representation of a sectional view of the single jacket of the Stirling beta type engine according to the invention, [Fig. 3] FIGURE 3 is a schematic representation of a sectional view of a Stirling beta type engine according to the invention,
[Fig. 4] la FIGURE 4 est une représentation schématique d'une vue en coupe d'un moteur Stirling de type béta selon l'invention, [Fig. 4] FIGURE 4 is a schematic representation of a sectional view of a Stirling beta type engine according to the invention,
[Fig. 5] la FIGURE 5 est une représentation schématique d'une vue en coupe du système d'assemblage des parties chaude et froide de la machine Stirling de type béta selon l'invention, [Fig. 5] FIGURE 5 is a schematic representation of a sectional view of the assembly system for the hot and cold parts of the Stirling beta type machine according to the invention,
[Fig. 6] la FIGURE 6 est une représentation schématique en vue de biais d'une coupe verticale d'une zone du moteur Stirling de type béta selon l'invention comprenant la chemise unique et le refroidisseur du moteur Stirling. [Fig. 6] FIGURE 6 is a schematic representation in bias view of a vertical section of an area of the Stirling engine of beta type according to the invention comprising the single jacket and the cooler of the Stirling engine.
Description des modes de réalisation Description of the embodiments
Les modes de réalisation décrits ci-après étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites, isolées des autres caractéristiques décrites (même si cette sélection est isolée au sein d'une phrase comprenant ces autres caractéristiques), si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure. As the embodiments described below are in no way limiting, we can in particular consider variants of the invention comprising only a selection of described characteristics, isolated from the other described characteristics (even if this selection is isolated within a sentence including these other features), if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art. This selection comprises at least one characteristic, preferably functional without structural details, or with only a part of the structural details if this part only is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art .
Par souci de clarté et pour rendre la description aussi intelligible que possible, il est décrit ci-dessous des modes de réalisation décrits d'une machine Stirling de type Béta 1 fonctionnant en mode moteur. Néanmoins, la caractéristique décrite pour le fonctionnement de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur peut être transposée par la caractéristique correspondant à un autre mode de fonctionnement de la machine Stirling 1 en opérant les changements tel que décrits dans la partie exposé de la présente demande. Il est donc bon de rappeler que la machine Stirling de type béta 1 fonctionnant en mode moteur tel que décrite ci-dessous peut aussi bien fonctionner en mode récepteur, c'est-à-dire en fonctionnement machine frigorifique ou pompe à chaleur. Par conséquent, la partie, ou l'élément, considéré de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur qui exerce une fonction différente de la fonction exercée par la même partie, ou le même élément, considéré de la machine Stirling 1 fonctionnant dans un autre mode, peut être transposée par la fonction correspondant à l'autre mode de fonctionnement de la machine Stirling 1 en opérant les changements précisés ci-dessous. Pour ce faire, il suffit de transposer la fonction de la partie, ou de l'élément, propre au fonctionnement en mode moteur par la fonction de la partie, ou de l'élément, correspondant propre au mode de fonctionnement visé. For the sake of clarity and to make the description as intelligible as possible, it is described below of the described embodiments of a Stirling machine of beta 1 type operating in engine mode. However, the characteristic described for the operation of the Stirling 1 machine operating in engine mode can be transposed by the characteristic corresponding to another operating mode of the Stirling 1 machine by making the changes as described in the exposed part of the present application. . It is therefore worth remembering that the Stirling beta 1 type machine operating in engine mode as described below can as well to operate in receiver mode, that is to say in refrigeration machine or heat pump operation. Consequently, the part, or element, considered of the Stirling 1 machine operating in engine mode which performs a function different from the function exercised by the same part, or the same element, considered of the Stirling 1 machine operating in another mode, can be transposed by the function corresponding to the other operating mode of the Stirling 1 machine by making the changes specified below. To do this, it suffices to transpose the function of the part, or of the element, specific to the operation in motor mode by the function of the part, or of the element, corresponding specific to the intended mode of operation.
Les principales transpositions à opérer concernent les caractéristiques suivantes : The main transpositions to be made concern the following characteristics:
- lorsque la machine Stirling 1 fonctionne en mode moteur, la partie située du côté du carter 11 est la partie froide 3 et la partie située du côté de la machine Stirling 1 opposé au carter est la partie chaude 2. La partie froide 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur correspond à la partie froide 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode pompe à chaleur et correspond à la partie chaude 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode frigorifique. De manière analogue la partie chaude 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur correspond à la partie chaude 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode pompe à chaleur et correspond à la partie froide 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode frigorifique, - when the Stirling machine 1 is operating in engine mode, the part situated on the side of the casing 11 is the cold part 3 and the part situated on the side of the Stirling machine 1 opposite the casing is the hot part 2. The cold part 3 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the cold part 3 of the Stirling machine 1 operating in heat pump mode and corresponds to the hot part 3 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode. Similarly, the hot part 2 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the hot part 2 of the Stirling machine 1 operating in heat pump mode and corresponds to the cold part 2 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode,
- lorsque la machine Stirling 1 fonctionne en mode moteur, la partie située du côté du carter 11 de la machine Stirling 1 est la zone de compression 3 et la partie située du côté de la machine Stirling 1 opposé au carter est la zone de détente 2. La zone de compression 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur correspond à la zone de compression 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode frigorifique et correspond à la zone de détente 3 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode pompe à chaleur. De manière analogue la zone de détente 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur correspond à la zone de détente 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode frigorifique et correspond à la zone de compression 2 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode pompe à chaleur, - when the Stirling machine 1 is operating in engine mode, the part located on the side of the casing 11 of the Stirling machine 1 is the compression zone 3 and the part situated on the side of the Stirling machine 1 opposite the casing is the expansion zone 2 The compression zone 3 of the Stirling 1 machine operating in engine mode corresponds to the compression zone 3 of the Stirling 1 machine operating in refrigeration mode and corresponds to the expansion zone 3 of the Stirling 1 machine operating in heat pump mode. . Similarly, the expansion zone 2 of the Stirling machine 1 operating in engine mode corresponds to the expansion zone 2 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode and corresponds to the compression zone 2 of the Stirling machine 1 operating in pump mode at heat,
- l'élément de la machine Stirling 1 dans lequel transite un gaz se déplaçant depuis des conduits de passage 13 de la chemise unique 8 vers le volume de compression 14 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur ou en mode frigorifique, ou inversement, est un refroidisseur 4. L'élément de la machine Stirling 1 dans lequel transite un gaz se déplaçant depuis des conduits de passage 13 de la chemise unique 8 vers le volume de détente 14 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode pompe à chaleur, ou inversement, est un réchauffeur 4, the element of the Stirling machine 1 in which a gas moving from passage conduits 13 of the single jacket 8 passes to the compression volume 14 of the Stirling machine 1 operating in engine mode or in refrigeration mode, or vice versa, is a cooler 4. The element of the Stirling machine 1 in which passes a gas moving from passage ducts 13 of the single jacket 8 to the expansion volume 14 of the Stirling machine 1 operating in heat pump mode, or conversely, is a heater 4,
- lorsque l'on considère la partie de la machine Stirling 1 située du côté opposé au carter 11 qui peut être définie comme l'échangeur 5 de la machine Stirling 1. La partie de la machine Stirling située du côté opposé au carter 11 est l'échangeur chaud 5 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement est l'échangeur froid 5 de la machine Stirling 1 fonctionnant en mode frigorifique. - when we consider the part of the Stirling machine 1 located on the side opposite to the casing 11 which can be defined as the exchanger 5 of the Stirling machine 1. The part of the Stirling machine located on the side opposite to the casing 11 is l heat exchanger 5 of the Stirling machine 1 operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively is the cold exchanger 5 of the Stirling machine 1 operating in refrigeration mode.
En référence aux FIGURES 1 à 6, il est décrit, dans un premier mode de réalisation, un moteur Stirling 1 de type beta. Le moteur Stirling 1 comprend une partie froide 3 et une partie chaude 2. Le moteur Stirling 1 comprend un échangeur chaud 5 et un refroidisseur 4. Le moteur Stirling 1 comprend un piston déplaceur 6 et un piston moteur 7. Le piston déplaceur 6 comprend un ensemble 131 formé d'un segment d'étanchéité et d'une bague de guidage du piston déplaceur 6. Le piston moteur 7 comprend un ensemble 132 formé d'un segment d'étanchéité et d'une bague de guidage du piston moteur 7. Le moteur Stirling 1 de type béta selon l'invention comprend une unique chemise 8 disposée intégralement dans la partie froide 3 du moteur 1 et dans laquelle coulissent la zone de frottement 9 du piston déplaceur 6 et la zone de frottement 10 du piston moteur 7. With reference to FIGURES 1 to 6, there is described, in a first embodiment, a Stirling 1 engine of beta type. The Stirling engine 1 comprises a cold part 3 and a hot part 2. The Stirling engine 1 comprises a hot exchanger 5 and a cooler 4. The Stirling engine 1 comprises a displacing piston 6 and a driving piston 7. The displacing piston 6 comprises a assembly 131 formed by a sealing segment and a guide ring for the displacing piston 6. The driving piston 7 comprises an assembly 132 formed by a sealing segment and a guide ring for the driving piston 7. The Stirling engine 1 of beta type according to the invention comprises a single jacket 8 disposed integrally in the cold part 3 of the engine 1 and in which the friction zone 9 of the displacing piston 6 and the friction area 10 of the driving piston 7 slide.
Dans la suite de la présente description, le terme « moteur » utilisé seul désigne une machine Stirling de type béta 1 fonctionnant en mode moteur. In the remainder of this description, the term “engine” used alone designates a Stirling machine of beta 1 type operating in engine mode.
A titre d'exemple non limitatif, les conditions de fonctionnement pour lesquelles le moteur 1 a été conçu sont de 900°C pour la température au niveau de l'échangeur chaud 5, des pressions de gaz de travail de l'ordre de 100 bars et une fréquence de fonctionnement de 50 Hz pour le fonctionnement en mode moteur. Lorsqu'une utilisation en mode frigorifique de la machine Stirling 1 est visée, la température au niveau de l'échangeur froid 5 est de l'ordre de -50°C, les pressions de gaz de travail sont de l'ordre de 100 bars et la fréquence de fonctionnement est de l'ordre 50. Enfin pour une utilisation en mode pompe à chaleur, la température au niveau de l'échangeur chaud 5 est de 200°C, les pressions de gaz de travail sont de l'ordre de 100 bars et la fréquence de fonctionnement est de l'ordre de 50 Hz. La machine 1 est conçue pour fonctionner sans lubrification. By way of nonlimiting example, the operating conditions for which the engine 1 has been designed are 900 ° C. for the temperature at the level of the hot exchanger 5, working gas pressures of the order of 100 bars and an operating frequency of 50 Hz for operation in motor mode. When use in refrigeration mode of the Stirling machine 1 is targeted, the temperature at the cold exchanger 5 is of the order of -50 ° C., the working gas pressures are of the order of 100 bars. and the operating frequency is around 50. Finally, for use in heat pump mode, the temperature at the hot exchanger 5 is 200 ° C., the working gas pressures are around 100 bars and the operating frequency is around 50 Hz. Machine 1 is designed to operate without lubrication.
Dans un premier temps, il est procéder à la description de la partie froide 3 du moteur 1. First, proceed to the description of the cold part 3 of the engine 1.
Le piston moteur 7 et le piston déplaceur 6 sont reliés au vilebrequin 26 via des bielles 16, 17 respectives. La tige 161 de la bielle 16 traverse le piston moteur 7 au niveau d'un coussinet de glissement 27 assurant l'étanchéité et le coulissement de la tige en question à travers le piston moteur 7. Le piston déplaceur 6 comprend des écrans anti-rayonnement 35. The driving piston 7 and the displacing piston 6 are connected to the crankshaft 26 via respective connecting rods 16, 17. The rod 161 of the connecting rod 16 passes through the driving piston 7 at the level of a sliding pad 27 ensuring the sealing and the sliding of the rod in question through the driving piston 7. The displacing piston 6 comprises radiation shields 35.
La chemise unique 8 constitue la partie du cylindre du moteur 1 située dans la partie froide 3 du moteur 1. L'utilisation d'une chemise unique 8 permet de ne pas introduire de zone de jonction présente lors de l'utilisation de deux chemises. Cela facilite l'entretien et les coûts, et n'introduit pas de gradient thermique élevé qui apparait nécessairement au niveau de la jonction lors de l'utilisation de deux chemises. Cela ne créer pas non plus de volume mort à la jonction. The single jacket 8 constitutes the part of the cylinder of the engine 1 situated in the cold part 3 of the engine 1. The use of a single jacket 8 makes it possible not to introduce any junction zone present when two shirts are used. This facilitates maintenance and costs, and does not introduce a high thermal gradient which necessarily appears at the junction when using two shirts. It also does not create dead volume at the junction.
La chemise unique 8 comprend des conduits de passage 13 du gaz de travail à travers la chemise 8. Les conduits de passage 13 traversent la chemise 8 selon une direction radiale par rapport aux courses des pistions 6, 7. Les conduits de passage 13 sont répartis de manière annulaire le long de la zone de compression 14 des gaz. The single liner 8 comprises passage conduits 13 for the working gas through the liner 8. The passage conduits 13 pass through the liner 8 in a radial direction relative to the strokes of the pistons 6, 7. The passage conduits 13 are distributed annularly along the compression zone 14 of the gases.
Les conduits de passage 13 ont une forme allongée. La longueur des conduits de passage 13 selon le périmètre intérieur de la chemise 8 est supérieure à l'épaisseur des conduits de passage 13 selon la direction de course des pistons 6, 7. L'épaisseur des conduits de passage 13 est minimisée pour diminuer le volume situé au niveau du volume de compression 14. La forme des conduits de passage 13 selon l'invention permet ainsi d'améliorer le rendement du moteur 1 en diminuant la distance séparant les fins de courses des pistons déplaceur 6 et moteur 7 au niveau du volume de compression 14 et par conséquent diminuer le volume mort que constitue la distance séparant les fins de courses des pistons déplaceur 6 et moteur 7 au niveau du volume de compression 14. The passage conduits 13 have an elongated shape. The length of the passage conduits 13 along the inner perimeter of the jacket 8 is greater than the thickness of the passage conduits 13 along the direction of travel of the pistons 6, 7. The thickness of the passage conduits 13 is minimized to reduce the volume located at the volume level of compression 14. The shape of the passage conduits 13 according to the invention thus makes it possible to improve the efficiency of the motor 1 by reducing the distance separating the limit switches of the displacer pistons 6 and motor 7 at the level of the compression volume 14 and consequently reduce the dead volume constituted by the distance separating the limit switches of the displacer 6 and motor 7 pistons at the level of the compression volume 14.
La taille des conduits de passage 13 régit les pertes de charge. Une taille trop faible constitue un frein à la circulation des gaz entre le volume de compression 14 et le volume de détente 15 et à une diminution du rendement du moteur 1. En pratique, l'épaisseur des conduits de passage 13 limitée par la tenue mécanique de la chemise. The size of the passage conduits 13 governs the pressure drops. A too small size constitutes a brake on the circulation of gases between the compression volume 14 and the expansion volume 15 and on a reduction in the efficiency of the engine 1. In practice, the thickness of the passage conduits 13 limited by the mechanical strength of the shirt.
La chemise unique 8 est insérée dans le carter 11 et vient en butée contre un épaulement 12 ménagé dans la paroi intérieure du carter 11. Après que la chemise unique 8 ait été insérée dans le carter 11, la partie de la paroi extérieure de la chemise 8 s'étendant depuis l'extrémité inférieure des conduits de passage 13 jusqu'à la fin de course de la zone de frottement 10 du piston moteur 7 du côté des bielles 16, 17 est en contact direct avec la paroi intérieure du carter 11. La portion de la partie froide 3 du moteur 1 comprenant la partie de la paroi extérieure de la chemise 8 en question est dite partie inférieure 19. L'extrémité de la chemise unique 8 située du côté des bielles 16, 17 peut s'étendre au-delà de la fin de course du piston moteur 7 du côté des bielles 16, 17. The single liner 8 is inserted into the casing 11 and abuts against a shoulder 12 formed in the inner wall of the casing 11. After the single liner 8 has been inserted into the casing 11, the part of the outer wall of the liner 8 extending from the lower end of the passage conduits 13 to the end of travel of the friction zone 10 of the driving piston 7 on the side of the connecting rods 16, 17 is in direct contact with the inner wall of the casing 11. The portion of the cold part 3 of the engine 1 comprising the part of the outer wall of the jacket 8 in question is called the lower part 19. The end of the single jacket 8 located on the side of the connecting rods 16, 17 may extend to the beyond the end of the stroke of the driving piston 7 on the side of the connecting rods 16, 17.
Après que la chemise unique 8 ait été insérée, la partie de la paroi extérieure de la chemise 8 s'étendant depuis l'extrémité inférieure des conduits de passage 13 jusqu'à la fin de course de la zone de frottement 9 du piston déplaceur 6 situé du côté de l'échangeur chaud 5 n'est pas en contact avec la paroi intérieure du carter 11. La portion de la partie froide 3 du moteur 1 comprenant la partie de la paroi extérieure de la chemise 8 en question est dite partie supérieure 20. Au niveau de l'extrémité inférieure des conduits de passage 13, le carter 11 forme un épaulement 18 qui, dans la partie supérieure 20 de la partie froide 3, éloigne la paroi intérieure du carter 11 de la paroi extérieure de la chemise 8. After the single liner 8 has been inserted, the part of the outer wall of the liner 8 extending from the lower end of the passage conduits 13 to the end of travel of the friction zone 9 of the displacer piston 6 located on the side of the hot exchanger 5 is not in contact with the inner wall of the casing 11. The portion of the cold part 3 of the engine 1 comprising the part of the outer wall of the jacket 8 in question is called the upper part 20. At the lower end of the passage conduits 13, the casing 11 forms a shoulder 18 which, in the upper part 20 of the cold part 3, moves the inner wall of the casing 11 away from the outer wall of the jacket 8 .
Après que la chemise unique 8 ait été insérée, un logement est ainsi formé entre la paroi du carter 11 et de la paroi de la chemise unique 8 dans la partie supérieure 20 de la partie froide 3 du moteur 1. Ce logement est agencé pour accueillir le refroidisseur 4. Le refroidisseur 4 peut être inséré dans le logement ou formé d'un bloc avec le carter 11. Une entrée 22 et une sortie 23 sont ménagées à travers le carter 11 pour permettre la circulation du liquide caloporteur par exemple de l'eau, dans le refroidisseurAfter the single jacket 8 has been inserted, a housing is thus formed between the wall of the casing 11 and the wall of the single jacket 8 in the upper part 20 of the cold part 3 of the engine 1. This housing is arranged to receive the cooler 4. The cooler 4 can be inserted in the housing or formed in a block with the casing 11. An inlet 22 and an outlet 23 are provided through the casing 11 to allow the circulation of the heat transfer liquid, for example water, in the cooler
4. 4.
Dans cette configuration, la chemise unique 8 est en contact direct avec le refroidisseur 4. Cela assure un meilleur refroidissement de la chemise 8 et donc de la zone de compression 14. De plus, cet agencement assure un contact direct de la chemise unique 8 avec l'ensemble de la paroi du refroidisseur 4 sur l'ensemble de la longueur du refroidisseur 4. Cet aspect assure un meilleur transfert thermique entre ces parties. L'utilisation d'une chemise unique 8 intégralement située dans la zone de compression 14 permet de maintenir la chemise 8 à des températures basses et donc de réduire significativement l'épaisseur de la paroi de la chemise unique 8. Cette configuration permet de maintenir une température de la chemise unique 8 à une température inférieure à 60°C. Le fait que l'épaisseur de la chemise 8 soit faible diminue considérablement la conduction thermique entre les parties chaude 2 et froide 3 qui sont à des températures différentes. Le fait que la température de la chemise unique 8 soit basse diminue la dilatation thermique de la chemise. In this configuration, the single jacket 8 is in direct contact with the cooler 4. This ensures better cooling of the jacket 8 and therefore of the compression zone 14. In addition, this arrangement ensures direct contact of the single jacket 8 with the entire wall of the cooler 4 over the entire length of the cooler 4. This aspect ensures better heat transfer between these parts. The use of a single jacket 8 entirely located in the compression zone 14 makes it possible to maintain the jacket 8 at low temperatures and therefore to significantly reduce the thickness of the wall of the single jacket 8. This configuration makes it possible to maintain a temperature of the single jacket 8 at a temperature below 60 ° C. The fact that the thickness of the jacket 8 is small considerably reduces the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts which are at different temperatures. The fact that the temperature of the single jacket 8 is low decreases the thermal expansion of the jacket.
Le fait que les zones de frottements 9, 10 ne soient en contact qu'avec la chemise unique 8 et que la chemise 8 reste à des températures aussi basses, permet d'utiliser des couples segments/chemise uniques à base de matériaux inusuels. A titre d'exemple non limitatif, la chemise peut être réalisée en acier, par exemple en acier 42CD4T, et les segments sont réalisés en composite PTFE-graphite. Le couple PTFE-graphite est utilisé comme lubrifiant solide, ce qui permet de s'affranchir des étapes de traitement thermique de l'acier The fact that the friction zones 9, 10 are in contact only with the single jacket 8 and that the jacket 8 remains at such low temperatures, makes it possible to use unique segments / shirt pairs based on unusual materials. By way of nonlimiting example, the jacket can be made of steel, for example 42CD4T steel, and the segments are made of PTFE-graphite composite. The PTFE-graphite couple is used as a solid lubricant, which eliminates the heat treatment stages of steel
Le refroidisseur 4 comprend des voies d'écoulement 21 du gaz de travail. Ces voies d'écoulement 21 s'étendent le long du refroidisseur 4 dans le sens de course des pistons 6, 7 et relient les conduits de passage 13 à un régénérateur 24 situé dans la partie chaude 2 du moteur 1. The cooler 4 comprises flow paths 21 for the working gas. These flow paths 21 extend along the cooler 4 in the direction of travel of the pistons 6, 7 and connect the passage conduits 13 to a regenerator 24 located in the hot part 2 of the engine 1.
Le refroidisseur 4 est inséré dans le logement et vient en butée contre les épaulements 25 et 18 du carter 11. L'épaulement 25 est ménagé dans la paroi du carter 11. La paroi du refroidisseur 4 en contact avec l'épaulement 18 comprend un évidement 394 visant à accueillir un élément d'étanchéité entre l'eau et le gaz de travail. La paroi latérale du refroidisseur 4 en contact avec la paroi du carter 11 de la partie supérieure 20 du moteur 1 comporte un évidement 395 visant également à accueillir un élément d'étanchéité entre l'eau et l'extérieur. Le refroidisseur 4 est agencé de sorte, qu'après avoir été inséré dans le logement, sa paroi située du côté de la chemise 8 est parcourue de voies d'écoulements 21. Ainsi, ces voies d'écoulement 21 relient les conduits de passage 13 à un régénérateur 24 situé dans la partie chaude 2 du moteur 1. The cooler 4 is inserted into the housing and abuts against the shoulders 25 and 18 of the casing 11. The shoulder 25 is provided in the wall of the casing 11. The wall of the cooler 4 in contact with the shoulder 18 comprises a recess 394 intended to receive a sealing element between the water and the working gas. The side wall of the cooler 4 in contact with the wall of the casing 11 of the upper part 20 of the engine 1 has a recess 395 also intended to receive a sealing element between the water and the outside. The cooler 4 is arranged so that after being inserted into the housing, its wall located on the side of the jacket 8 is traversed by flow paths 21. Thus, these flow paths 21 connect the passage conduits 13 to a regenerator 24 located in the hot part 2 of the engine 1.
Dans un second temps, il est procéder à la description de la partie chaude 2 du moteur 1. Secondly, proceed to the description of the hot part 2 of the engine 1.
La partie chaude 2 est composée d'une tête 28 en acier ou en inconel. La tête 28 constitue la partie chaude 2 du moteur 1. Selon l'invention, les zones de frottement 9, 10 ne sont en contact qu'avec la chemise unique 8, la tête 28 n'est soumise à aucune contrainte mécanique liée aux frottements. L'épaisseur de la tête 28 est donc également diminuée de sorte à minimiser les zones de contact entre la tête 28 et la partie froide 3 et par conséquent limiter encore la conduction thermique entre les parties chaude 2 et froide 3 du moteur 1 qui ne sont pas à la même température. Dans la tête 28 est ménagé la partie du cylindre du moteur 1 située dans la partie chaude 2. La partie terminale de la tête 28 comprend l'échangeur chaud 5. Le volume de détente 15 située dans la partie terminale du cylindre est au contact de l'échangeur chaud 5. Une portion 29, dite supérieure, de la tête 28 s'étend depuis l'échangeur chaud 5 jusqu'au régénérateur 24. Une portion 30, dite inférieure, de la tête 28 comprend le régénérateur 24 et s'étend depuis l'extrémité de la portion supérieure 29 jusqu'au refroidisseur 4. La paroi extérieure de la portion supérieure 29 de la tête 28 comprend des ailettes 31 améliorant les échanges thermiques au voisinage de l'échangeur chaud 5. The hot part 2 is composed of a steel or inconel head 28. The head 28 constitutes the hot part 2 of the engine 1. According to the invention, the friction zones 9, 10 are in contact only with the single jacket 8, the head 28 is not subjected to any mechanical stress linked to friction . The thickness of the head 28 is therefore also reduced so as to minimize the contact zones between the head 28 and the cold part 3 and consequently further limit the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts of the engine 1 which are not not at the same temperature. In the head 28 is formed the part of the cylinder of the engine 1 located in the hot part 2. The end part of the head 28 comprises the hot exchanger 5. The expansion volume 15 located in the end part of the cylinder is in contact with the hot exchanger 5. A so-called upper portion 29 of the head 28 extends from the hot exchanger 5 to the regenerator 24. A so-called lower portion 30 of the head 28 comprises the regenerator 24 and s' extends from the end of the upper portion 29 to the cooler 4. The outer wall of the upper portion 29 of the head 28 comprises fins 31 improving the heat exchanges in the vicinity of the hot exchanger 5.
Des canaux de passage 32 reliant la zone de détente 15 au régénérateur 24 sont ménagés dans la portion supérieure 29 de la tête 2. Ces canaux de passage 32 sont compris entre la paroi intérieure 33 et la paroi extérieure 34 de la tête 28. La paroi intérieure 33 de la tête 28 constitue également la paroi du cylindre du moteur 1. Les ailettes 31 s'étendent depuis la paroi extérieure 34 de la tête 28. Passage channels 32 connecting the expansion zone 15 to the regenerator 24 are formed in the upper portion 29 of the head 2. These passage channels 32 are between the inner wall 33 and the outer wall 34 of the head 28. The wall inner 33 of head 28 also constitutes the wall of the cylinder of the engine 1. The fins 31 extend from the external wall 34 of the head 28.
Un épaulement 36 est ménagé dans la surface intérieure de la paroi extérieure 34 de la tête 28. Cet épaulement 36 induit une augmentation de la distance séparant la paroi intérieure 33 de la paroi extérieure 34 dans la portion inférieure 30. Cette augmentation de la distance forme ainsi un logement entre les parois 33, 34 de la tête 28. La forme de l'épaulement 36 diminue les pertes de charge lors de la circulation du gaz entre le régénérateur 24 et l'échangeur chaud 5. Le régénérateur 24 peut être inséré dans le logement ou formé d'un bloc avec la tête 28. A shoulder 36 is formed in the inner surface of the outer wall 34 of the head 28. This shoulder 36 induces an increase in the distance separating the inner wall 33 from the outer wall 34 in the lower portion 30. This increase in the distance forms thus a housing between the walls 33, 34 of the head 28. The shape of the shoulder 36 reduces the pressure losses during the circulation of the gas between the regenerator 24 and the hot exchanger 5. The regenerator 24 can be inserted into the housing or formed of a block with the head 28.
La partie chaude 2 comprend également un régénérateur 24 destiné à stocker puis restituer la chaleur du gaz transitant depuis le volume de détente 15 du mode moteur 1 vers le volume de compression 14 du mode moteur 1. Le gaz de service, ou gaz de travail, est également refroidi ou réchauffé lors de son passage dans le régénérateur 24. Le régénérateur 24 s'étend depuis les canaux de passage 32 de la tête 28 jusqu'aux voies d'écoulement 21 du refroidisseur 4 du mode moteur 1. The hot part 2 also includes a regenerator 24 intended to store and then restore the heat of the gas passing from the expansion volume 15 of the engine mode 1 to the compression volume 14 of the engine mode 1. The working gas, or working gas, is also cooled or heated during its passage through the regenerator 24. The regenerator 24 extends from the passage channels 32 of the head 28 to the flow paths 21 of the cooler 4 of the engine mode 1.
De manière préférée, le régénérateur 24 peut être conçu séparément de sorte à convenir parfaitement aux conditions d'utilisations du moteur 1. Le régénérateur 24 peut être inséré dans le logement de la tête 28 jusqu'à venir en butée contre l'épaulement 36. Afin de diminuer les échanges thermiques entre la partie froide 3 et la partie chaude 2, la longueur du régénérateur 24 selon la direction de course des pistons 6, 7 sera augmentée. La longueur optimale sera établie pour optimiser le compromis entre la minimisation de la conduction et la diminution des pertes de charge et des volumes morts. Le régénérateur 24 est agencé pour que le stockage de la chaleur se fasse le plus loin possible de la partie froide 3 du côté de l'échangeur chaud 5. Preferably, the regenerator 24 can be designed separately so as to be perfectly suited to the conditions of use of the engine 1. The regenerator 24 can be inserted into the housing of the head 28 until it abuts against the shoulder 36. In order to reduce the heat exchanges between the cold part 3 and the hot part 2, the length of the regenerator 24 according to the direction of travel of the pistons 6, 7 will be increased. The optimal length will be established to optimize the compromise between minimizing conduction and reducing head losses and dead volumes. The regenerator 24 is arranged so that the heat is stored as far as possible from the cold part 3 on the side of the hot exchanger 5.
Afin de limiter les pertes de charges, il est préférable d'utiliser un régénérateur 24 comprenant des volumes de porosités différentes agencés successivement le long de la direction d'écoulement du gaz. A cet effet, il est d'avantage préférable qu'il soit formé une alternance de portions à forte et faible porosité visant à augmenter le diamètre hydraulique global du régénérateur 24 de sorte à diminuer les pertes de charges globales tout en conservant une surface d'échange équivalente. Toujours dans un souci de limitation des pertes de charges, il est préférable d'utiliser un régénérateur 24 dont les valeurs de porosités aux extrémités du régénérateur 24, et en particulier du côté de l'échangeur chaud 5, sont inférieures au valeurs de porosités au centre du régénérateur 24. In order to limit the pressure drops, it is preferable to use a regenerator 24 comprising volumes of different porosities arranged successively along the direction of flow of the gas. For this purpose, it is more preferable that an alternation of portions with high and low porosity be formed, aiming to increase the overall hydraulic diameter of the regenerator 24 so as to reduce the overall pressure losses while retaining an equivalent exchange surface. Still with a view to limiting pressure drops, it is preferable to use a regenerator 24 whose porosity values at the ends of the regenerator 24, and in particular on the side of the hot exchanger 5, are lower than the porosity values at regenerator center 24.
Les performances du régénérateur 24 sont également améliorées lorsque : The performance of the regenerator 24 is also improved when:
- les porosités des portions du régénérateur 24 augmentent depuis un plan central du régénérateur vers les extrémités du régénérateur 24, et/ou the porosities of the portions of the regenerator 24 increase from a central plane of the regenerator towards the ends of the regenerator 24, and / or
- la portion dont la porosité est la plus forte du régénérateur présente une porosité égale à 1, et/ou - The portion with the highest porosity of the regenerator has a porosity equal to 1, and / or
- la porosité est comprise entre 0 et 1 par unité de volume et/ou entre 0 et 1 par unité de longueur, et/ou the porosity is between 0 and 1 per unit of volume and / or between 0 and 1 per unit of length, and / or
- le régénérateur 24 est réalisé dans un matériau rigide poreux étant composé d'un ensemble de cellules contiguës agencées spatialement les unes par rapport aux autres, la ou chacune des surfaces de contact de chacune des cellules avec le gaz forment un angle compris entre 5° et 85° par rapport à la direction d'écoulement des gaz, et/ou the regenerator 24 is made of a porous rigid material being composed of a set of contiguous cells arranged spatially with respect to each other, the or each of the contact surfaces of each of the cells with the gas form an angle of between 5 ° and 85 ° with respect to the direction of flow of the gases, and / or
- chaque cellule du régénérateur 24 comprend au moins quatre éléments oblongs s'étendant depuis le centre de la cellule, chacun des éléments formant un angle compris entre 5° et 85° par rapport à la direction d'écoulement des gaz, et/ou each cell of the regenerator 24 comprises at least four oblong elements extending from the center of the cell, each of the elements forming an angle between 5 ° and 85 ° relative to the direction of flow of the gases, and / or
- deux cellules contiguës du régénérateur 24 sont physiquement reliées ensemble : - two contiguous cells of the regenerator 24 are physically linked together:
• par au moins un de leurs éléments oblongs, ou • by at least one of their oblong elements, or
• par une couche de matériau à laquelle est relié au moins un de leurs éléments oblongs, et/ou • by a layer of material to which is connected at least one of their oblong elements, and / or
- les éléments oblongs des cellules du régénérateur 24 sont symétriques deux à deux par rapport à un ou plusieurs plans de symétrie comprenant le centre de la cellule. - The oblong elements of the cells of the regenerator 24 are symmetrical two by two with respect to one or more planes of symmetry comprising the center of the cell.
Dans un troisième temps, il est procédé à la description de l'assemblage des parties froide 3 et chaude 2 et des caractéristiques géométriques du moteur 1. Un des points limitant le rendement des machines Stirling de type béta réside dans le fait que les parties chaude 2 et froide 3 sont accolées. Aussi, les échanges thermiques par conduction entre la partie chaude 2 et la partie froide 3 doivent être diminués autant que possible. La conduction thermique par les pièces de la machine reste le facteur principal diminuant le rendement des machines Stirling de type béta. Certaines des machines Stirling de l'état de la technique introduisent des moyens d'isolation placés entre la partie froide 3 et la partie chaude 2 pour isoler thermiquement la partie chaude 2 de la partie froide 3. Ceci augmente le poids et le coût de la machine Stirling 1 et introduit des difficultés d'entretien et l'augmentation des volumes morts. Selon l'invention, aucun moyen d'isolation n'est inséré entre la partie chaude 2 et la partie froide 3 de la machine Stirling 1. Thirdly, a description is given of the assembly of the cold 3 and hot 2 parts and of the geometric characteristics of the engine 1. One of the points limiting the efficiency of Stirling beta type machines lies in the fact that the hot 2 and cold 3 parts are joined. Also, the heat exchange by conduction between the hot part 2 and the cold part 3 must be reduced as much as possible. Thermal conduction by machine parts remains the main factor reducing the efficiency of Stirling beta type machines. Some of the Stirling machines of the state of the art introduce insulation means placed between the cold part 3 and the hot part 2 to thermally insulate the hot part 2 from the cold part 3. This increases the weight and the cost of the Stirling 1 machine and introduced maintenance difficulties and increased dead volumes. According to the invention, no insulation means is inserted between the hot part 2 and the cold part 3 of the Stirling machine 1.
La tête 28 est mise en contact avec la partie froide 3 du moteur 1. Lorsque la tête 28 est en contact avec la partie froide 3 du moteur 1, l'extrémité de la paroi intérieure 33 de la tête 28 est au contact d'un épaulement 38 située à l'extrémité de la chemise unique 8. La paroi latérale de l'épaulement 38 comporte un évidement 391 visant à diminuer la surface de contact entre la tête 28 et la chemise unique 8 et par conséquent la conduction thermique entre la tête 28 et la chemise 8. Cet évidement 391 permet également d'accueillir un élément d'étanchéité. Lorsque la tête 28 est en contact avec la partie froide 3 du moteur 1, un épaulement 40 situé à l'extrémité de la paroi extérieure 34 de la tête 28 est au contact de la face du refroidisseur 4 située en vis-à-vis de la tête 28. La face du refroidisseur 4 en vis-à-vis de la tête 28 comprend deux évidements 392, 393 visant à diminuer la surface de contact entre la tête 28 et le refroidisseur 4 et par conséquent la conduction thermique entre la tête 28 et le refroidisseur 4. L'évidement 392 est agencé pour recevoir une élément d'étanchéité entre le gaz de travail et l'extérieur. Lorsque la tête 28 est en contact avec la partie froide 3 du moteur 1, la face d'extrémité du régénérateur 24 située au regard de la partie froide 3 est en partie en appui sur les faces d'extrémités du refroidisseur 4 et de la chemise unique 8 situées en vis-à-vis de la face d'extrémité du régénérateur 24 en question. L'extrémité des voies d'écoulement 21 du refroidisseur 4 situées du côté de la partie chaude 2 débouchent sur la face d'extrémité du régénérateur 24 située en vis-à-vis. La partie froide 3 est maintenue au contact de la partie chaude 2 au moyen d'un système de brides d'assemblage 37. A titre d'exemple non limitatif, le moteur 1 comprend huit systèmes de brides d'assemblages 37. Chaque système 37 comprend une vis 41 destinée à être insérée depuis un côté supérieur d'une bride 42 et dans une traversée de la bride 42. Le filet de la vis 41 est destiné à être porté en saillie du côté opposé au côté supérieur de la bride 42. Chaque bride 42 est destinée à maintenir en contact la tête 28 et le carter 11 en portant une partie de la bride 42 en appui sur la tête 28 et une autre partie de la bride 42 en appui sur le carter 11. Après que la vis 41 ait été insérée, la tête 48 de la vis 41 est destinée à être portée en appui sur la bride 42. Le filet de la vis 41 est agencé pour être vissé dans un filet réalisé dans un bourrelet 44 du carter 11. La bride 42 comporte un épaulement 45 destiné à venir en prise avec l'épaulement 40 de la tête 28 de sorte que, après serrage de la vis 41, la tête 28 soit maintenue en contact intime avec le refroidisseur 4. De préférence, l'épaulement 46 peut être agencé de sorte à n'être en contact qu'avec le refroidisseur 4, pas avec le carter 11. L'épaulement 45 comporte un évidement 396 visant à diminuer la conduction thermique entre la bride 42, et par conséquent le carter 11, et la tête 28. Aussi, l'épaulement 45 de la bride 42 peut donc être définie comme consistant en une arête 46 s'étendant selon la direction reliant la zone de détente 15 à la zone de compression 14 et formant l'unique partie de la bride 42 destinée à venir en contact avec la tête 28, et en particulier en contact avec l'épaulement 40 de la tête 28. Cette arête 46 est située du côté de la bride 42 en vis-à-vis du moteur 1. Cette arrête 46 vise à minimiser la zone de contact entre la bride 42 et la tête 28. De la même manière, la face de la bride 42 située au regard du bourrelet 44 du carter 11, comporte une arête 47 destinée à venir en appui sur le bourrelet 44. Cette arête 47 s'étendant selon la direction reliant la zone de détente 15 à la zone de compression 14 et étant portée au contact du bourrelet 44. Cette arête 47 est située du côté extérieur de la bride 42 par rapport au centre de la machine 1. Cette arête 47 forme l'unique partie de la bride 42 destinée à venir en contact avec le carter 11. Cette arrête 47 vise à réduire les zones de contact entre la bride 42 et le carter 11 en maintenant un espace entre la bride 42 et le carter 11. Selon l'invention, la diminution de la conduction thermique entre les parties chaude 2 et froide 3 qui sont à des températures différentes a été réalisée par la mise en œuvre des caractéristiques, et/ou par leurs combinaisons, que sont : The head 28 is brought into contact with the cold part 3 of the motor 1. When the head 28 is in contact with the cold part 3 of the motor 1, the end of the interior wall 33 of the head 28 is in contact with a shoulder 38 located at the end of the single jacket 8. The side wall of the shoulder 38 has a recess 391 aimed at reducing the contact surface between the head 28 and the single jacket 8 and consequently the thermal conduction between the head 28 and the jacket 8. This recess 391 also makes it possible to accommodate a sealing element. When the head 28 is in contact with the cold part 3 of the engine 1, a shoulder 40 situated at the end of the external wall 34 of the head 28 is in contact with the face of the cooler 4 situated opposite the head 28. The face of the cooler 4 facing the head 28 comprises two recesses 392, 393 aimed at reducing the contact surface between the head 28 and the cooler 4 and consequently the thermal conduction between the head 28 and the cooler 4. The recess 392 is arranged to receive a sealing element between the working gas and the outside. When the head 28 is in contact with the cold part 3 of the engine 1, the end face of the regenerator 24 situated opposite the cold part 3 is partly supported on the end faces of the cooler 4 and of the jacket single 8 located opposite the end face of the regenerator 24 in question. The end of the flow paths 21 of the cooler 4 located on the side of the hot part 2 open onto the end face of the regenerator 24 located opposite. The cold part 3 is kept in contact with the hot part 2 by means of a system of assembly flanges 37. By way of nonlimiting example, the motor 1 comprises eight systems of assembly flanges 37. Each system 37 comprises a screw 41 intended to be inserted from an upper side of a flange 42 and into a passage through the flange 42. The thread of the screw 41 is intended to be carried projecting from the side opposite to the upper side of the flange 42. Each flange 42 is intended to keep in contact the head 28 and the casing 11 by carrying a part of the flange 42 bearing on the head 28 and another part of the flange 42 bearing on the casing 11. After the screw 41 has been inserted, the head 48 of the screw 41 is intended to be brought to bear on the flange 42. The thread of the screw 41 is designed to be screwed into a thread made in a bead 44 of the casing 11. The flange 42 comprises a shoulder 45 intended to come into engagement with the shoulder 40 of the head 28 so that, after screw screw 41, the head 28 is maintained in intimate contact with the cooler 4. Preferably, the shoulder 46 can be arranged so as to be in contact only with the cooler 4, not with the casing 11. The shoulder 45 has a recess 396 aimed at reducing the thermal conduction between the flange 42, and consequently the casing 11, and the head 28. Also, the shoulder 45 of the flange 42 can therefore be defined as consisting of an edge 46 extending in the direction connecting the expansion zone 15 to the compression zone 14 and forming the single part of the flange 42 intended to come into contact with the head 28, and in particular in contact with the shoulder 40 of the head 28. This edge 46 is located on the side of the flange 42 facing the motor 1. This stop 46 aims to minimize the contact area between the flange 42 and the head 28. In the same way, the face of the flange 42 located opposite the bead 44 of the casing 11, has an edge 47 intended to come into abutment s ur the bead 44. This edge 47 extending in the direction connecting the expansion zone 15 to the compression zone 14 and being brought into contact with the bead 44. This edge 47 is located on the outside of the flange 42 relative to the center of the machine 1. This edge 47 forms the single part of the flange 42 intended to come into contact with the casing 11. This stop 47 aims to reduce the contact zones between the flange 42 and the casing 11 while maintaining a space between the flange 42 and the casing 11. According to the invention, the reduction of the thermal conduction between the hot 2 and cold 3 parts which are at different temperatures has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, that are:
- l'utilisation d'une chemise unique 8 située intégralement dans la partie froide 3 du moteur 1, et/ou the use of a single jacket 8 located entirely in the cold part 3 of the engine 1, and / or
- la disposition de le refroidisseur 4 au contact direct de la chemise unique 8, et/ou the arrangement of the cooler 4 in direct contact with the single jacket 8, and / or
- la maximisation des surfaces de contact entre le refroidisseur 4 et la chemise unique 8, et/ou the maximization of the contact surfaces between the cooler 4 and the single jacket 8, and / or
- la disposition du régénérateur 24 intégralement dans la tête 28 et donc intégralement dans la partie chaude 2, et/ou the arrangement of the regenerator 24 entirely in the head 28 and therefore entirely in the hot part 2, and / or
- la minimisation des surfaces de contact entre la tête 28 et la partie froide 3, et/ou the minimization of the contact surfaces between the head 28 and the cold part 3, and / or
- l'introduction d'évidements dans les zones de contact entre la tête 28 et la partie froide 3, et/ou the introduction of recesses in the contact zones between the head 28 and the cold part 3, and / or
- la diminution de la taille des parois 33, 34 de la tête 28, et/ou the reduction in the size of the walls 33, 34 of the head 28, and / or
- la diminution de la taille de la paroi de la chemise 8 qui est rendue possible par l'utilisation d'une chemise unique 8 intégralement comprise dans la partie froide 3 du moteur 1. the reduction in the size of the wall of the jacket 8 which is made possible by the use of a single jacket 8 integrally included in the cold part 3 of the engine 1.
Selon l'invention, la diminution des volumes morts a été réalisée par la mise en œuvre des caractéristiques, et/ou par leurs combinaisons, que sont : According to the invention, the reduction in dead volumes has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, which are:
- l'utilisation d'une chemise unique 8 située intégralement dans la partie froide 3 du moteur 1, et the use of a single jacket 8 located entirely in the cold part 3 of the engine 1, and
- la disposition des conduits de passage 13 au niveau de la zone de compression 14, et the arrangement of the passage conduits 13 at the level of the compression zone 14, and
- la diminution de l'épaisseur des conduits de passage 13, et/ou the reduction in the thickness of the passage conduits 13, and / or
- la diminution de la distance séparant les fins de courses des pistons déplaceur 6 et moteur 7 au niveau de la zone de compression 14. the reduction in the distance separating the end positions of the displacer 6 and motor 7 pistons at the level of the compression zone 14.
Selon l'invention, la diminution des pertes de charge lors de la circulation des gaz a été réalisée par la mise en œuvre des caractéristiques, et/ou par leurs combinaisons, que sont : - utiliser un régénérateur 4 comprenant des volumes de porosités successives différentes agencés le long de la direction d'écoulement du gaz, et/ou According to the invention, the reduction in pressure losses during the circulation of the gases has been achieved by the implementation of the characteristics, and / or by their combinations, that are: use a regenerator 4 comprising volumes of different successive porosities arranged along the gas flow direction, and / or
- utiliser un régénérateur comprenant une alternance de portions à forte et faible porosité de sorte à augmenter le diamètre hydraulique global du régénérateur 4 de sorte à diminuer les pertes de charges globales tout en conservant une surface d'échange équivalente, et/ou use a regenerator comprising alternating portions of high and low porosity so as to increase the overall hydraulic diameter of the regenerator 4 so as to reduce the overall pressure losses while retaining an equivalent exchange surface, and / or
- utiliser un régénérateur 4 dont les valeurs de porosités aux extrémités du régénérateur 4, et en particulier du côté de l'échangeur chaud 5, sont inférieures aux valeurs de porosités au centre du régénérateur 4, et/ou use a regenerator 4 whose porosity values at the ends of the regenerator 4, and in particular on the side of the hot exchanger 5, are lower than the porosity values at the center of the regenerator 4, and / or
- les porosités des portions du régénérateur 24 augmentent depuis un plan central du régénérateur vers les extrémités du régénérateur 24, et/outhe porosities of the portions of the regenerator 24 increase from a central plane of the regenerator towards the ends of the regenerator 24, and / or
- la portion dont la porosité est la plus forte du régénérateur présente une porosité égale à 1, et/ou - The portion with the highest porosity of the regenerator has a porosity equal to 1, and / or
- la porosité est comprise entre 0 et 1 par unité de volume et/ou entre 0 et 1 par unité de longueur, et/ou the porosity is between 0 and 1 per unit of volume and / or between 0 and 1 per unit of length, and / or
- le régénérateur 24 est réalisé dans un matériau rigide poreux étant composé d'un ensemble de cellules contiguës agencées spatialement les unes par rapport aux autres, la ou chacune des surfaces de contact de chacune des cellules avec le gaz forment un angle compris entre 5° et 85° par rapport à la direction d'écoulement des gaz, et/ou the regenerator 24 is made of a porous rigid material being composed of a set of contiguous cells arranged spatially with respect to each other, the or each of the contact surfaces of each of the cells with the gas form an angle of between 5 ° and 85 ° with respect to the direction of flow of the gases, and / or
- chaque cellule du régénérateur 24 comprend au moins quatre éléments oblongs s'étendant depuis le centre de la cellule, chacun des éléments formant un angle compris entre 5° et 85° par rapport à la direction d'écoulement des gaz, et/ou each cell of the regenerator 24 comprises at least four oblong elements extending from the center of the cell, each of the elements forming an angle between 5 ° and 85 ° relative to the direction of flow of the gases, and / or
- deux cellules contiguës du régénérateur 24 sont physiquement reliées ensemble : - two contiguous cells of the regenerator 24 are physically linked together:
• par au moins un de leurs éléments oblongs, ou • by at least one of their oblong elements, or
• par une couche de matériau à laquelle est relié au moins un de leurs éléments oblongs, et/ou • by a layer of material to which is connected at least one of their oblong elements, and / or
- les éléments oblongs des cellules du régénérateur 24 sont symétriques deux à deux par rapport à un ou plusieurs plans de symétrie comprenant le centre de la cellule. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres. - The oblong elements of the cells of the regenerator 24 are symmetrical two by two with respect to one or more planes of symmetry comprising the center of the cell. Of course, the invention is not limited to the examples which have just been described and numerous modifications can be made to these examples without departing from the scope of the invention. In addition, the different characteristics, forms, variants and embodiments of the invention can be combined with one another in various combinations as long as they are not incompatible or mutually exclusive of each other.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine Stirling (1) de type beta pouvant fonctionner en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ladite machine Stirling comprenant : 1. Stirling machine (1) of beta type which can operate in engine mode or in heat pump mode, said Stirling machine comprising:
- une partie froide (3) et une partie chaude (2), - a cold part (3) and a hot part (2),
- un piston déplaceur (6) comprenant une zone de frottement (9), - a displacement piston (6) comprising a friction zone (9),
- un piston moteur (7) comprenant une zone de frottement (10), - a driving piston (7) comprising a friction zone (10),
la machine Stirling étant caractérisée en ce qu'elle comprend une unique chemise (8) disposée dans la partie froide de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur et dans laquelle chemise unique coulissent les zones de frottement du piston déplaceur et du piston moteur. the Stirling machine being characterized in that it comprises a single jacket (8) disposed in the cold part of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode and in which single jacket slide the friction zones of the displacing piston and of the engine piston.
2. Machine Stirling (1) selon la revendication 1, dans lequel la chemise unique (8) s'étend le long des courses des zones de frottement du piston déplaceur (6) et du piston moteur (7). 2. Stirling machine (1) according to claim 1, in which the single jacket (8) extends along the races of the friction zones of the displacing piston (6) and of the driving piston (7).
3. Machine Stirling (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la chemise unique (8) s'étend depuis une fin de course inférieure de la zone de frottement (10) du piston moteur (7), dite extrémité de carter de la chemise unique, ladite fin de course inférieure de la zone de frottement du piston moteur étant située du côté d'un vilebrequin (26) du piston moteur, jusqu'à une fin de course supérieure de la zone de frottement (9) du piston déplaceur (6), dite extrémité de séparation de la chemise unique, ladite fin de course supérieure de la zone de frottement du piston déplaceur étant située du côté d'un échangeur (5). 3. Stirling machine (1) according to claim 1 or 2, in which the single jacket (8) extends from a lower end of travel of the friction zone (10) of the driving piston (7), called the end of the casing. of the single liner, said lower limit switch of the friction zone of the driving piston being situated on the side of a crankshaft (26) of the driving piston, up to an upper limit switch of the friction zone (9) of the displacing piston (6), said end for separating the single jacket, said upper limit switch of the friction zone of the displacing piston being situated on the side of an exchanger (5).
4. Machine Stirling (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la chemise unique (8) comprend des conduits de passage (13) d'un gaz se déplaçant depuis un volume de compression (14) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement un volume de détente (14) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, vers un refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement un réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, ou inversement, lesdits conduits de passage traversant la chemise unique. 4. Stirling machine (1) according to any one of the preceding claims, in which the single jacket (8) comprises passage conduits (13) of a gas moving from a compression volume (14) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively an expansion volume (14) of the Stirling machine operating in heat pump mode, to a cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively a heater (4) of the machine Stirling operating in heat pump mode, or vice versa, said passage conduits passing through the single jacket.
5. Machine Stirling (1) selon la revendication 4, dans lequel le refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement le réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, est, au moins en partie, en contact direct avec la chemise unique (8) et entoure, au moins en partie, la chemise unique, ledit refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, étant entièrement compris dans la partie froide (3) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur. 5. Stirling machine (1) according to claim 4, in which the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively the heater (4) of the Stirling machine operating in heat pump mode, is, at least in part, in direct contact with the single jacket (8) and surrounds, at least in part, the single jacket, said cooler of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively the heater the Stirling machine operating in heat pump mode, being entirely included in the cold part (3) of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode.
6. Machine Stirling (1) selon la revendication 4 ou 5, dans lequel la chemise unique (8) et le refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement le réchauffeur (4) de la machine de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, sont insérés, au moins en partie, dans un carter (11) jusqu'à être portés en appui sur des épaulements (12) du carter. 6. Stirling machine (1) according to claim 4 or 5, wherein the single jacket (8) and the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively the heater (4) of the machine of the machine Stirling, operating in heat pump mode, are inserted, at least in part, into a casing (11) until they are brought to bear on the shoulders (12) of the casing.
7. Machine Stirling (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, comprenant une tête (28) formant, au moins en partie, la partie chaude 7. Stirling machine (1) according to any one of claims 4 to 6, comprising a head (28) forming, at least in part, the hot part
(2) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, au moins une partie d'une extrémité de ladite tête, dite extrémité de séparation de la tête, est, en partie, en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique (8) et, en partie, en appui sur une partie du refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement sur une partie du réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, dite extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement dite extrémité de séparation du réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. (2) of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, at least part of one end of said head, called head separation end, is, in part, supported on the end of separation of the single jacket (8) and, in part, pressing on a part of the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively on a part of the heater (4) of the Stirling machine operating in pump mode heat, said separation end of the Stirling machine cooler operating in engine mode, or respectively said separation end of the Stirling machine heater operating in heat pump mode.
8. Machine Stirling (1) selon la revendication 7, comprenant un régénérateur (24) s'étendant depuis l'extrémité de séparation de la tête (28) jusqu'à une ou des parties terminales, dite de régénérateur, d'un ou de canaux de passage (32) d'un gaz se déplaçant depuis le volume de détente (15) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement depuis le volume de compression (15) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, jusqu'au régénérateur, ou inversement. 8. Stirling machine (1) according to claim 7, comprising a regenerator (24) extending from the separation end of the head (28) to one or more end portions, called regenerator, of one or more passage channels (32) for a gas moving from the expansion volume (15) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively from the compression volume (15) of the Stirling machine operating in heat pump mode , to the regenerator, or vice versa.
9. Machine Stirling (1) selon la revendication 8, dans lequel le régénérateur (24) est enserré entre deux parois (33, 34) de la tête (28), une desdites parois de la tête, dite paroi intérieure du régénérateur (33), formant une partie d'une paroi intérieure de la partie chaude (2) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur, ou respectivement de la partie froide (2) de la machine Stirling fonctionnant en mode frigorifique, l'autre desdites parois de la tête, dite paroi extérieure du régénérateur (34), formant une partie d'une paroi extérieure de la partie chaude de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur ou en mode pompe à chaleur. 9. Stirling machine (1) according to claim 8, in which the regenerator (24) is sandwiched between two walls (33, 34) of the head (28), one of said walls of the head, called inner wall of the regenerator (33), forming a part of an inner wall of the hot part (2) of the Stirling machine operating in engine mode or in heat pump mode, or respectively of the cold part (2) of the Stirling machine operating in refrigeration mode, the other of said walls of the head, known as the external wall of the regenerator (34), forming part of an external wall of the hot part of the Stirling machine operating in motor mode or heat pump mode.
10. Machine Stirling (1) selon la revendication 9, dans lequel une partie de la paroi extérieure du régénérateur (34) est en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement le réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, et une partie de la paroi intérieure du régénérateur (33) est en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique (8). 10. Stirling machine (1) according to claim 9, in which a part of the external wall of the regenerator (34) is in abutment on the separation end of the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively. the heater (4) of the Stirling machine operating in heat pump mode, and part of the inner wall of the regenerator (33) is supported on the separation end of the single jacket (8).
11. Machine Stirling (1) selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel un ou des évidements (391, 392, 393, 394, 395, 396) sont réalisés dans : 11. Stirling machine (1) according to one of claims 7 to 10, in which one or more recesses (391, 392, 393, 394, 395, 396) are produced in:
- une ou des parties de l'extrémité de séparation de la chemise unique (8) en appui sur l'extrémité de séparation de la tête (28) et/ou une ou des parties de l'extrémité de séparation du refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement du réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, en appui sur l'extrémité de séparation de la tête, et/ou - one or parts of the separation end of the single jacket (8) bearing on the separation end of the head (28) and / or one or parts of the separation end of the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively of the heater (4) of the Stirling machine operating in heat pump mode, pressing on the separation end of the head, and / or
- une ou des parties de l'extrémité de séparation de la tête en appui sur l'extrémité de séparation de la chemise unique et/ou en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement le réchauffeur de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. one or more parts of the separation end of the head resting on the separation end of the single jacket and / or resting on the separation end of the cooler of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively the Stirling machine heater operating in heat pump mode.
12. Machine Stirling (1) selon l'une des revendications 9 à 11, comprenant un système d'assemblage (40, 41, 42, 44) agencé pour maintenir en contact la tête (28) et le carter (11), le système d'assemblage est relié au carter et est agencé pour venir en prise avec un épaulement (40) de la tête situé au niveau de l'extrémité de séparation de la paroi extérieure de la tête (34) étant en appui sur l'extrémité de séparation du refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement du réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur. 12. Stirling machine (1) according to one of claims 9 to 11, comprising an assembly system (40, 41, 42, 44) arranged to maintain in contact the head (28) and the casing (11), the assembly system is connected to the housing and is arranged to engage with a shoulder (40) of the head located at the separation end of the outer wall of the head (34) resting on the end for separating the cooler (4) from the Stirling machine operating in engine, or respectively the heater (4) of the Stirling machine operating in heat pump mode.
13. Machine Stirling (1) selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, dans lequel un diamètre hydraulique maximal de chacune des voies d'écoulement (21) du refroidisseur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode moteur, ou respectivement du réchauffeur (4) de la machine Stirling fonctionnant en mode pompe à chaleur, et des canaux de passage (32) de la tête (28) sont supérieurs ou égaux à une épaisseur d'une couche limite thermique. 13. Stirling machine (1) according to any one of claims 8 to 12, in which a maximum hydraulic diameter of each of the flow paths (21) of the cooler (4) of the Stirling machine operating in engine mode, or respectively the heater (4) of the Stirling machine operating in heat pump mode, and passage channels (32) of the head (28) are greater than or equal to a thickness of a thermal boundary layer.
14. Machine Stirling (1) selon l'une quelconque des revendications précé dentes, dans lequel un ou des moyens de frottement du piston déplaceur (6) et/ou un ou des moyens de frottement du piston moteur (7) compren nent du graphite et/ou du PolyTetraFluoroEthylène. 14. Stirling machine (1) according to any one of the preceding claims, in which one or more means of friction of the displacing piston (6) and / or one or more means of friction of the driving piston (7) comprise graphite and / or PolyTetraFluoroEthylene.
15. Machine Stirling (1) selon l'une quelconque des revendications précé dentes, dans lequel la chemise unique (8) est en acier. 15. Stirling machine (1) according to any one of the preceding claims, in which the single jacket (8) is made of steel.
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