EP4077891A1 - Boisseau en deux parties coaxiales, et moteur a source chaude externe comprenant celui-ci - Google Patents

Boisseau en deux parties coaxiales, et moteur a source chaude externe comprenant celui-ci

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Publication number
EP4077891A1
EP4077891A1 EP20838058.4A EP20838058A EP4077891A1 EP 4077891 A1 EP4077891 A1 EP 4077891A1 EP 20838058 A EP20838058 A EP 20838058A EP 4077891 A1 EP4077891 A1 EP 4077891A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
orifice
plug
working chamber
guide part
mouth
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
EP20838058.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Frédéric Olivier THEVENOD
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.)
H2p Systems
Original Assignee
H2p Systems
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
Application filed by H2p Systems filed Critical H2p Systems
Publication of EP4077891A1 publication Critical patent/EP4077891A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/026—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more rotary valves, their rotational axes being parallel, e.g. 4-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/021—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with one rotary valve
    • F01L7/023—Cylindrical valves having a hollow or partly hollow body allowing axial inlet or exhaust fluid circulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L7/00—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements
    • F01L7/02—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves
    • F01L7/027—Rotary or oscillatory slide valve-gear or valve arrangements with cylindrical, sleeve, or part-annularly shaped valves with two or more valves arranged coaxially
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2242/00—Ericsson-type engines having open regenerative cycles controlled by valves
    • F02G2242/40—Piston-type engines

Definitions

  • the present invention relates to a valve for an external hot source engine of the type comprising: at least one cylinder, at least one piston, a cylinder head, a working chamber for a working gas, a distribution comprising said valve and selectively making communicate the working chamber with different resources.
  • the bushel has two coaxial parts:
  • a working gas guiding part comprising internal passages opening radially through at least one mouth which communicates selectively with the working chamber by at least one slot made in the cylinder head, and
  • a working gas distribution part mobile and disposed at the periphery of the guide part, comprising at least one window which selectively communicates the working chamber with at least one of said internal passages so that the gas from work selectively flows between the work chamber and the various resources. It also relates to an external hot source engine equipped with said plug.
  • External hot-source engines for example of the Ericsson type, are experiencing renewed interest and development, with the aim of reducing pollutant emissions or reducing energy consumption by upgrading heat emissions.
  • This type of engine works between two heat sources external to the engine through exchangers. It uses valves to control the flow of working fluid (in gas phase) between two chambers, one for compression and the other for expansion.
  • valves actuated by cams For positive displacement machines such as in particular internal combustion piston engines, distributions are also known using valves actuated by cams. This type of distribution has various limitations. In particular, the pressure on the face of the valve opposite to the working chamber must be low. In addition, the maximum valve lift is low if the duration (measured in degrees of cam rotation angle) of valve opening is short. In addition, the cam drive consumes energy.
  • Positive displacement machines such as compressors, which use a valve distribution.
  • This solution requires that the pressure differential on each valve always have, at each stage of the operating cycle of the machine, an appropriate value and direction so that the valve is in the state - open or closed - necessary for the considered stage of the cycle.
  • Patent application FR 3,069,884 discloses an external hot source motor comprising plugs. Each plug is rotatably mounted in the cylinder head and has internal passages opening out through its side wall by at least one mouth which communicates selectively with the working chamber by at least one slot made in the cylinder head. Each bushel is made in one piece.
  • the plug offers a larger passage section for the working gas and makes it possible to reduce the pressure losses between the working chamber and resources. Although satisfactory, this type of dispenser has the following drawbacks:
  • the object of the present invention is to provide an external hot source motor making it possible to remedy at least in part the problems mentioned above. It also aims to provide a compact motor. Disclosure of the invention
  • a plug for an external hot source motor of the type comprising:
  • cylinder head defining, with the piston and the cylinder, a working chamber for a working gas
  • a distribution comprising said plug, mounted in the cylinder head and selectively communicating the working chamber with different resources.
  • the plug is characterized in that it comprises two coaxial parts:
  • a working gas guiding part comprising internal passages opening radially through at least one mouth which selectively communicates with the working chamber by at least one slot made in the cylinder head, and
  • a working gas distribution part arranged on the periphery of the guide part and movable relative to the guide part, the distribution part comprising at least one window which selectively communicates the working chamber with at at least one of said internal passages so that the working gas selectively flows between the working chamber and the different resources.
  • the valve according to the invention has the advantages of simultaneously limiting the thermal losses and the pressure drops, and ensuring better continuity of the flow between the working chamber and the hot resource, thus making it possible to improve the efficiency. and / or the performance of an external hot source engine equipped with said plug.
  • plug By plug is meant a cylindrical device comprising internal passages in which the working gas can circulate.
  • An internal passage is for example a duct.
  • the plug is arranged so that its axis of rotation is perpendicular to the axis of the cylinder above which it is arranged.
  • the plug is located between the working chamber and an exchanger along the path of the working gas.
  • the plug presented here has the particularity of comprising two coaxial parts: a guide part and a distribution part surrounding the guide part.
  • the rotary movement of one part and / or the other part among the guide part and the valve part distribution is / are synchronized with the reciprocating movement of the piston, so that the working gas can pass through the plug via the internal passages, and thus distribute the gas between the working chamber and the exchanger.
  • each internal passage communicates with at least two openings made through the side wall of the guide part of the plug, each opening being located at one of the two ends of the internal passage.
  • the working gas flows between the working chamber and the cold inlet of the exchanger, passing through at least one light of the cylinder head, at least one internal passage of the guide part of the plug and at least one opening of the distribution part of the plug.
  • Called mouth an opening located at one end of the guide part of the plug.
  • the mouthpiece selectively coincides with at least one lumen in the breech.
  • window an opening of the distribution part of the valve.
  • a window selectively coincides with at least one lumen and at least one mouth.
  • a window can coincide with at least one orifice.
  • orifice is used to refer to an opening located at another end of the guide part of the plug. The orifice is located opposite the mouth.
  • mouth and orifice correspond to, or qualify, openings made through the side wall of the guide part of the valve.
  • the term mouthpiece is used to describe each opening capable of communicating with the lumen of the breech for the passage of the working gas from the working chamber to the plug or vice versa.
  • a mouth is always made through the peripheral wall of the guide part, also called the circumferential wall.
  • the term orifice is used to describe each opening capable of communicating with a fitting for the passage of working gas from the plug to the fitting or vice versa.
  • An orifice can be made through the peripheral wall of the guide part, also called the circumferential wall, or through the transverse wall of the guide part.
  • a mouthpiece cannot be used as an orifice and vice versa. For this, in the case where the orifice is made on the peripheral wall of the guide part, at least one mouth is offset axially with respect to the at least one orifice.
  • window corresponds to, or qualifies, an opening made through the side wall of the distribution part of the valve.
  • the term window is used to qualify each opening capable of communicating with the lumen of the breech and a mouthpiece, for the passage of the working gas from the working chamber to the plug or vice versa.
  • the term window is used to qualify each opening capable of communicating with an orifice and a fitting, for the passage of the working gas from the plug to the fitting or vice versa.
  • a window can be produced through the peripheral wall of the dispensing part, also called the circumferential wall, or through the transverse wall of the dispensing part.
  • hot and cold are understood to mean a relative meaning simply that a hot element, for example a hot mouthpiece or a hot orifice, is generally hotter than a cold element, by example a cold mouth or a cold orifice, when the engine is running.
  • side wall is understood to mean, referring to the guide part or the distribution part, on the one hand a peripheral wall, also called the circumferential wall, which extends along a cylindrical face of said part, or on the other hand a transverse wall, also called the axial face of said part, which extends along a flat face of said part.
  • the valve distribution system makes it possible to provide a large working gas passage section, in particular as soon as a mouth begins to coincide with a window of the distribution part and with a lumen of the cylinder head. Since the rotational speed of the plug is substantially constant, the passage section increases rapidly, for example linearly, until the mouthpiece perfectly matches the lumen of the breech.
  • thermodynamic cycle of the four-stroke type, according to:
  • At least one lumen of the cylinder head is capable of communicating with two internal passages of the guide part of the plug which open out through the peripheral wall of the guide part by two mouths aligned circumferentially, according to the angular position of the distribution part.
  • Said two internal passages are, one, a passage through which the working gas enters the working chamber, and the other, a passage through which the working gas leaves the working chamber.
  • the bushel comprises:
  • the distribution is arranged so that, towards the end of the compression, the working chamber begins to communicate with the cold end of the exchanger when the pressure in the working chamber is lower than the pressure in the exchanger.
  • the cold and compressed working gas and / or during compression enters the in the guide part of the plug, which is fixed, as long as at least a window of the rotating distribution part coincides simultaneously with a part of the mouth and with the lumen so as to circulate the cold and compressed working gas towards the cold end of the exchanger.
  • the section of passage between the working chamber and the mouth increases with the rotation of the distribution part of the plug. When the mouth of the plug coincides perfectly with the slot of the breech, the passage section is maximum.
  • the major part, at least 50%, of the volume of cold and compressed working gas has then passed through said mouth. Then, due to the rotation of the guide part of the plug and the end of the compression, only part of the mouthpiece coincides with the lumen, so as to circulate the remaining part of the cold and compressed working gas towards the cold end of the exchanger. At the same time, the section of passage between the working chamber and the second mouth, of the second internal passage, increases so that a part of said mouth coincides with the same lumen.
  • the working gas leaving the second mouth, and therefore entering the working chamber comes from the hot end of the exchanger after being heated. The working gas thus makes a loop passing through the same lumen of the cylinder head but through different internal passages of the plug.
  • the section of the lumen is at least equal to the sum of the sections of the hot and cold mouths.
  • the section of the lumen is at least equal to the sum of the sections of the hot and cold mouths and of the cross section of the wall separating the hot mouth from the cold mouth.
  • the two neighboring mouths are aligned circumferentially and offset by an angle of between 5 and 15 degrees.
  • angular values are indicated for a rotational speed of the plug of between 1000 and 3000 rev / min (revolutions per minute), from preferably between 2000 and 3000 rpm (revolutions per minute).
  • the nominal pressure in the heat exchanger can be between 4 and 5 bar absolute and the heat transfer fluid can have a temperature between 500 ° C and 900 ° C (degrees Celsius).
  • the guide part is fixed relative to the motor. Since most of the bushel is static, the gases are on the one hand less disturbed when they flow through the bushel. In addition, the heat of the hot gases is on the other hand less dissipated by convection and / or conduction from the internal and / or external surface of the internal passage (s) of the valve, or from the external surface of the valve opposite the cylinder head. In particular, the heat of the hot gases is dissipated less by convection and / or conduction of the internal and / or external surface of the internal passage (s) of the valve compared to the internal passage (s) in which / which cold gases flow.
  • hot gas relative to cold gas is meant a hot gas which has a higher temperature than that of a cold gas. This makes it possible to limit or avoid the reduction in the temperature difference between the hot part of the bushel and the cold part of the bushel; the principle of the motor residing on the temperature difference between the hot source and the cold source.
  • the guide part comprises at least one orifice, arranged at the end of an internal passage opposite to the at least one mouth, so that the internal passages open out through a wall of the part of guiding the valve through at least one orifice which allows the internal passage to communicate with a corresponding fixed connector.
  • a fixed connection connects the motor with a resource, for example a cold or hot end of an exchanger.
  • the at least one orifice is arranged on a peripheral wall of the guide part.
  • This characteristic has the advantage of causing the gases to pass radially in the plug and thus makes it possible to limit the distance the gases travel between the working chamber and the resources.
  • the guide part may include two orifices, a cold orifice and a hot orifice, arranged on the peripheral wall.
  • the at least one orifice comprises two orifices: an orifice arranged on a peripheral wall of the guide part and an orifice arranged on a transverse wall of the guide part.
  • the at least one orifice comprises two orifices: an orifice, called cold orifice, arranged on a peripheral wall of the guide part and an orifice, called hot orifice, arranged on a transverse wall of the guide part.
  • This characteristic has the advantage of limiting the heat transfers between the internal passages, in which hot gases and cold gases respectively flow, from the internal passage containing a hot gas to an internal passage containing a cold gas or vice versa, because the distance of the hot orifice from the cold orifice.
  • the at least one orifice is arranged on a transverse wall of the guide part.
  • This characteristic has the advantage of leaving at least one orifice constantly open, and thus of limiting the pressure drop.
  • the guide part may have two orifices, a cold orifice and a hot orifice, arranged on a transverse wall.
  • the two orifices can be arranged on the same transverse wall, or on the same axial face.
  • each orifice is arranged on a separate opposite transverse wall.
  • the dispensing part is of generally tubular shape.
  • the dispensing portion includes at least one radially directed window arranged and configured to, during rotation of said portion, selectively align with at least one mouth of the guide portion of the plug.
  • the dispensing part is of generally tubular shape, and the dispensing part comprises at least one window arranged and configured to selectively align, during a rotation of said part, with at minus one orifice in the guide part of the plug.
  • the distribution part is of generally tubular shape, and the distribution part comprises at least one window directed radially and arranged to selectively align. with at least one mouth, and at least one window directed radially and arranged to align with at least one orifice.
  • the dispensing part may further comprise, for a cylinder, the same radially directed window, selectively communicating one or the other of two internal passages with the working chamber.
  • the dispensing part comprises, for a cylinder, a single window directed radially.
  • the at least one mouthpiece comprises two em- plugs for the same internal passage, capable of communicating simultaneously with the working chamber, by two lights.
  • Each mouthpiece can coincide with a lumen.
  • the gas passes through the two openings of the high pressure valve passing through the two ports of the cylinder head so that the flow is split in half to pass through the two lumens and the two mouths, forming two lines of flow. After the two mouths, each flow line circulates in a duct opening into a common duct.
  • the internal passage is in fact the shape of a Y according to this particular embodiment.
  • the lights and the mouths have a rectangular shape to limit the pressure drops.
  • At least one of the mouths is subdivided by at least one mullion.
  • This feature allows for supporting gaskets, placed on the breech, when at least one mouthpiece passes a lumen in the breech.
  • the mullions can equip both the mouths of the low pressure plug and those of the high pressure plug.
  • mullion is understood to mean a bar intended to subdivide only the mouth without protruding inside the bushel (without subdividing the internal passage). It extends circumferentially to connect two longitudinal sides of a mouthpiece so as to extend the circumference of the plug.
  • At least one passage comprises two passages leading in parallel to the same resource, each capable of communicating simultaneously with a respective lumen of the cylinder head.
  • This characteristic makes it possible to provide a large passage section for the working gas. For example, during the return of the working gas from the hot end of the exchanger, the flow of the working gas is divided into two flow lines, which circulate in two separate internal passages inside the plug. The two flow lines are divided before entering the two valve ports and meet after the two ports exit the cylinder head.
  • the guide part comprises at least one cavity arranged between the internal passages of the guide part, the cavity forming an axially directed pipe.
  • This cavity can make it possible to introduce a gas in order to heat the internal passages.
  • an external hot source engine comprising:
  • cylinder head defining, with the piston and the cylinder, a working chamber for a working gas
  • a distribution mounted in the cylinder head and selectively communicating the working chamber with the following resources:
  • the engine comprises a second valve, said low pressure, controlling the selective communication of the working chamber with the inlet and the exhaust, the second valve comprising internal passages opening radially through at least one mouth which communicates selectively with the chamber working by at least one light made in the cylinder head,
  • the second valve comprises a radially directed orifice and an axially directed orifice, each orifice being arranged at the end of the corresponding internal passage opposite its mouth,
  • the second valve is a low pressure valve controlling the selective communication of the working chamber with the inlet and the exhaust
  • the first valve is a high pressure valve controlling the selective communication of the working chamber with the hot ends and cold of the exchanger
  • the bushels may have identical diameters, making it possible to simplify the construction of the engine,
  • the plugs may have different diameters, for example the first so-called high pressure plug may be of a diameter greater than the diameter of the second so-called low pressure plug, this characteristic makes it possible to further enlarge the passage section of the internal passages, going to the interchange and coming back;
  • the motor comprises means for driving one of the parts of the valve at a speed proportional to the speed of the motor shaft
  • the motor comprises means for driving the distribution part of the valve at a speed proportional to the speed of the motor shaft
  • the engine comprises, alternately to the second valve, a valve timing, of the type used for internal combustion engines,
  • the motor has two fixed connections, a so-called “high pressure” connection and a so-called “low pressure” connection,
  • the high pressure connection includes a cold connection communicating with the cold end of the exchanger and a hot connection communicating with the hot end of the exchanger,
  • the low pressure connection includes an inlet connection, communicating with the working gas inlet, and an exhaust connection communicating with the working gas exhaust.
  • thermodynamic cycle is carried out in a single cylinder.
  • the cylinder head surmounting the working chamber, supports the high pressure plug and the low pressure plug, which are arranged parallel to each other when viewed parallel to the axis of the plug.
  • the external hot source engine may include several cylinders such as an internal combustion engine.
  • the engine can include at least two cylinders. In this case, it may include all or some of the characteristics described so far.
  • the plug is potentially the same for all the cylinders which are arranged in line with each other. According to another embodiment, there is provided one plug per cylinder.
  • the engine comprises sealing devices to limit gas leaks.
  • the lumens can be surrounded by sealing devices to close the gap between the peripheral wall of the plug and an adjacent surface of the cylinder head all around each lumen.
  • the sealing device may include strips of a dry friction material, for example graphite.
  • the bars are arranged around the openings of the breech.
  • the mouths can be surrounded by sealing devices to close the radial gap between the guide part and the distribution part of the plug.
  • an engine assembly comprising an engine according to one or more of the characteristics stated above and a heat exchanger having a path heat receptor extending between a cold end and a hot end selectively connected to the working chamber towards the end of a compression phase and towards the start of a relaxation phase, respectively.
  • the working gas circulates in the heat receptor path.
  • the exchanger is of the countercurrent type.
  • the heat exchanger comprises a heat transfer path traversed in one direction by a heat transfer fluid, which direction is opposite to the direction of travel of the working gas in the heat receptor path.
  • the heat transfer path is distinct from the heat receptor path.
  • the heat exchanger comprises a heat transfer path traversed by the exhaust gases of an internal combustion engine. According to another embodiment, the heat exchanger comprises a heat transfer path traversed by a fluid heated by solar energy.
  • Figure 1 comprises two figures la and lb showing two schematic representations of an external hot source engine, comprising two bushels, a low pressure bushel, to the left of each of figures la and lb, and a high pressure valve, to the right of each of Figures la and lb, comprising two coaxial parts according to the invention, a guide part and a distribution part, the high pressure valve being illustrated according to a first embodiment, in which the guide portion comprises internal passages, each internal passage opening radially through a mouthpiece and an orifice, the dispensing part comprising a mouthpiece window directed radially and arranged to selectively align with a mouthpiece, and a mouthpiece window.
  • the guide portion comprises internal passages, each internal passage opening radially through a mouthpiece and an orifice
  • the dispensing part comprising a mouthpiece window directed radially and arranged to selectively align with a mouthpiece, and a mouthpiece window.
  • FIG. 2 comprises three FIGS. 2a, 2b and 2c showing three schematic representations of an engine according to FIG. 1, the engine and exchanger assembly also being seen in section during three main phases of engine operation: FIG. 2a illustrating a phase of the end of compression of the working gas and during which the gas is also directed towards a cold end of the heat exchanger, FIG. 2b illustrating a phase in which a plug has a so-called “scanning" position which allows simultaneous fluid communication of the cold end and the hot end of the exchanger with the engine cylinder, the FIG. 2c illustrating a phase of expansion of the working gas after it has passed through the exchanger;
  • FIG. 3 is a sectional view of an engine comprising a low pressure valve, to the right of the figure, and a high pressure valve, to the left of the figure, comprising two coaxial parts, the section plane being perpendicular to the axes of the plugs, FIG. 3 illustrating an end phase of compression of the working gas and showing the position of the various moving parts including the angular position of the plugs, in particular the angular position of the distribution part relatively to the guide part of the high pressure valve, the position of the dispensing part being such that a window is angularly offset by a few degrees relative to a cold mouth;
  • FIG. 4 is a zoom of the high pressure valve of Figure 3;
  • Figure 5 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 3 and
  • FIG. 5 illustrating a position in which the window of the dispensing part is centered relative to a cold mouth
  • Figure 6 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 3 and
  • FIG. 6 illustrating a position in which the window of the dispensing part is angularly offset by a few degrees relative to a cold mouth and also to a hot mouth;
  • Figure 7 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 3 and
  • FIG. 7 illustrating a position in which the window of the dispensing part is centered relative to a hot mouthpiece
  • FIG. 8 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 3 and
  • Fig. 8 illustrating a position in which the window of the dispensing part is angularly offset a few degrees relative to a hot mouth so that said window of the dispensing part no longer coincides with the hot mouth;
  • FIG. 9 is an exploded perspective view of a high pressure plug according to a second embodiment of the invention, the plug comprising a distribution part and a guide part, the part of guide comprising two cold mouthpieces and two hot mouthpieces, the distribution part comprising only two windows, called mouthpiece windows, the distribution part being provided to cover the guide part of the plug;
  • Figure 10 is an exploded perspective view of a plug according to the same embodiment as Figure 9, the guide part comprising an orifice, said cold orifice, arranged on the circumferential wall, the distribution part comprising a window, called the orifice window, arranged on the circumferential wall;
  • FIG. 11 is a view in longitudinal section of the engine having a high pressure plug according to the embodiment of Figures 9 and 10, the sectional plane passing through the axis of said plug and through the axis of the piston, Figure 11 illustrating a phase during which the working gas is in communication with one of the cold ends of the heat exchanger;
  • Figure 12 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 9, 10 and 11, illustrating a phase during which the working gas is directed to a cold end of the heat exchanger , or else, during which the working gas, coming from a hot end of the heat exchanger, is directed towards the working chamber;
  • Figure 13 is a zoom of the high pressure valve according to Figures 9, 10 and 11, illustrating a phase during which the working gas, coming from a hot end of the heat exchanger heat, is directed towards the working chamber, or else, during which the working gas is directed towards a cold end of the heat exchanger;
  • FIG. 14 is an exploded perspective view of a high pressure plug according to a third embodiment of the invention, the plug comprising a distribution part and a guide part, the part of guide comprising two cold mouthpieces and two hot mouthpieces, the distribution part comprising two windows, called mouthpiece windows, the distribution part being provided to cover the guide part of the plug;
  • FIG. 15 comprises two FIGS. 15a and 15b showing two perspective views of a guide part of a plug according to the embodiment of FIG. 14, in which two orifices are arranged on a transverse wall, the plug being provided for an engine comprising a cylinder, FIG. 15a showing the plug in transparency so as to visualize the internal passages;
  • Figure 16 is a longitudinal sectional view of an engine having a high pressure plug according to Figures 14 and 15, the section plane passing through the axis of said plug and through the axis of piston, FIG. 16 illustrating a phase during which the working gas is directed towards a cold end of the heat exchanger. Description of the embodiments
  • variants of the invention comprising only a selection of characteristics described below isolated from the other characteristics described (even if this selection is isolated within (a sentence comprising these other characteristics), if this selection of characteristics 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, and / or with only a part of the structural details if this part alone is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from the state of the prior art.
  • Figures la, lb, 2a, 2b and 2c illustrate the main phases of operation of an external hot source motor 1, and will allow to describe the motor comprising bushels according to one embodiment.
  • the motor includes:
  • a movable piston 3 arranged to move back and forth in the cylinder 2
  • a cylinder head 4 covering the engine block above cylinder 2, a working chamber 5 being delimited for a working gas, typically air, in cylinder 2 between piston 3 and cylinder head 4,
  • the engine is connected to a heat exchanger 6 for heat exchange between the working gas, called heat-receiving fluid, and a heat transfer fluid.
  • the heat exchanger 6 is of the countercurrent type. It includes a heat transfer path 61 traversed by the heat transfer fluid from left to right. It further comprises a heat-receiver path 62, shown under the heat-transfer path 61, with reference to Figures 1a to 2c, so that the working gas travels the heat-receiver path from right to left.
  • the heat transfer path is distinct from the heat transfer path.
  • the heat transfer fluid is, for example, the exhaust gases of an internal combustion engine.
  • the heat exchanger 6 is connected to the engine via fittings 60, see Figures 11 and 16, and pipes so as to be able to circulate the working gas from the engine to the exchanger and vice versa.
  • fittings 60 see Figures 11 and 16, and pipes so as to be able to circulate the working gas from the engine to the exchanger and vice versa.
  • one or more fittings or pipes are connected to the engine to provide the intake and exhaust.
  • the distribution comprises two bushels, a first bushel 10, called a "high pressure” bushel, and a second bushel 30, called a “low pressure” bushel, mounted in the cylinder head 4, above the working chamber 5.
  • Each bushel has the general shape of a cylinder.
  • the axes of the two plugs are parallel to each other and orthogonal to the axis of cylinder 2.
  • the low pressure plug 30 is arranged and configured to control the selective communication of the working chamber 5 with the inlet A and the exhaust D.
  • the high pressure valve 10 is arranged and configured to control the selective communication of the working chamber 5 with the hot C and cold B ends of the exchanger 6.
  • the high pressure plug 10 is used only to control the circulation of the working gas between the working chamber and the exchanger.
  • the low pressure valve 30 is used only to control the intake and the exhaust. This characteristic makes it possible to simplify the construction of the engine by separating the so-called “high pressure” flows and the so-called “low pressure” flows and to reduce its bulk.
  • the plugs have, for example, but not necessarily identical diameters making it possible to simplify the construction of the engine.
  • the low pressure valve 30 is made in one piece or in one piece and is rotatably mounted in the cylinder head 4.
  • the high pressure valve 10 is made in two coaxial parts: a so-called "guide” part 11 and a part. said "distribution" 16.
  • the guide portion 11 has a generally cylindrical shape and is fixed relative to the cylinder head 4.
  • the distribution portion 16 has a generally tubular shape which surrounds the guide portion 11 and which is rotatable relative to the cylinder head. guide part.
  • the distribution part 16 of the high pressure valve is rotatably mounted in the cylinder head 4. Only the distribution part is rotatable as regards the high pressure valve.
  • Each plug 10, 30 comprises internal passages for conducting the working gas between the working chamber 5 and the resources.
  • Each internal passage has two ends which open out through the side wall of a plug, each through at least one opening.
  • the distribution is arranged and configured so that the rotary movements of the plugs are synchronized with the reciprocating movement of the piston, so that the working gas can pass through the plugs via the internal passages.
  • the openings are arranged and configured to selectively coincide with at least one lumen in the cylinder head and at least one lumen in a fixed connector.
  • the opening facing the lumen of the breech is called mouthpiece when the working gas passes between the working chamber and the plug or vice versa.
  • the orifice is called the opening opposite a connection when the working gas passes between the valve and said connection or vice versa.
  • a mouthpiece cannot be used as an orifice and vice versa.
  • the orifices have an axial offset with the mouths.
  • the opening facing both a mouth and a lumen is called a mouth window when the working gas passes between the working chamber and the plug or vice versa.
  • the orifice window is called the opening opposite both an orifice and a fitting during the passage of the working gas between the valve and said fitting or vice versa.
  • the low pressure valve comprises:
  • an internal passage comprising a mouth intake and an intake port
  • an internal passage comprising an exhaust mouthpiece and an exhaust port
  • the guide part of the high pressure valve comprises, according to any embodiment of the guide part:
  • the distribution part of the high pressure valve comprises, according to any embodiment of the distribution part, at least one window, called the mouth window, for the transfer of the working gas from the working chamber 5 to the cold end B of the exchanger 6, then for the transfer of the working gas from the hot end C of the exchanger 6 to the working chamber 5.
  • FIGS. 2a, 2b and 2c schematically illustrate an engine comprising a high pressure valve produced according to a first particular embodiment; said FIGS. 2a, 2b and 2c showing a high pressure valve comprising two mouths and two orifices arranged on the peripheral wall of the guide part of the high pressure valve.
  • the high pressure valve comprises two cold mouthpieces 21 and two hot mouthpieces 22 arranged on the peripheral wall of the guide part 11, and two mouthpiece windows 17 arranged on the peripheral wall of the distribution part 16, each window 17 being designed to be superposed successively above a cold mouth 21 and then a hot mouth 22, during operation.
  • the guide part comprises a single cold mouth and a single hot mouth
  • the dispensing part comprises a single mouth window.
  • Figure 10 shows a high pressure valve according to Figure 9, rotated by an angle of about 180 degrees, comprising a cold orifice 23 arranged on the peripheral wall of the guide part 11, and a window d orifice 19, said cold orifice window, arranged on the peripheral wall of the dispensing part 16, said window being provided to be superimposed on said orifice during operation.
  • the high pressure valve comprises two orifices, a cold orifice 23 and a hot orifice 24 (see FIG.
  • FIGS. 3, 4, 5, 6, 7 and 8 illustrate a first high pressure valve according to one embodiment and seen in section. These figures make it possible to show the rotation of the distribution part of the high pressure plug relative to the guide part of said plug and relative to the cylinder head of the engine, during engine operation in addition to Figures la, lb, 2a, 2b and 2c. In particular, there is shown the angular displacement of a mouthpiece window 17, relative to the cold 21 and hot 22 mouthpieces and relative to the lumen of the breech.
  • FIG. la there is illustrated the phase of admission of a working gas into the working chamber 5.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 10, 30 is such that the movement of the piston 3 is descending as the rotation of the low pressure valve 30 allows an inlet port 32 of the low pressure valve to communicate with a lumen of the cylinder head and simultaneously allows an inlet port 34 to communicate with a lumen of a fitting admission.
  • the working gas passes through the internal passage between the inlet port 34 and the inlet mouth 32 so as to be admitted into the working chamber 5.
  • no mouth of the high pressure valve communicates with a lumen of. the cylinder head.
  • the working gas is preferably air taken from the outside environment.
  • the low pressure valve 30 When the piston has reached bottom dead center, the low pressure valve 30 has pivoted so that the inlet mouth 32 of the low pressure valve no longer communicates, even partially, with a slot in the cylinder head (excluding any delay in closing admission).
  • the dispensing part comprises a window, called the mouth window 17.
  • the mouth window 17 the opening length of which is represented by a dotted circular arc, is located in a position angular offset by a few degrees with respect to the cold mouth 21, the opening length of which is represented by a arrow with two opposite points, and with respect to the slot 41 of the breech, so that part of said window begins to fit between the cold mouth 21 and said slot 41.
  • FIG. 5 there is illustrated a phase of end compression of the working gas.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 10, 30 is such that the movement of the piston 3 is upward while the rotation of the distribution part 16 of the high pressure plug 10 allows the mouth window 17 to fit radially between a lumen of the breech and a cold mouthpiece 21.
  • the mouthpiece window 17 is centered relative to the opening of the cold mouthpiece 21. This position has the effect of communicating the cold mouthpiece 21 of the guide part with the lumen of the cylinder head so that the working gas enters the associated internal passage.
  • the synchronization allows a window, called the cold orifice window 19c, to be inserted between the cold orifice 23 and a lumen of a connection of the cold end B of the exchanger 6.
  • This position has for effect of communicating the cold orifice 23 and the lumen of a connection of the cold end B of the exchanger 6 so that the working gas enters said connection.
  • the working gas passes through the internal passage between the cold mouth 21 and the cold orifice 23 so as to be transferred to the exchanger 6 to be heated.
  • no mouth of the low pressure valve communicates with a lumen of the cylinder head.
  • the synchronization of the distribution part 16 of the high pressure valve with respect to the rise of the piston during compression is adjusted so as to limit an unfavorable phenomenon of relatively high pressure in the working chamber.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 10, 30 is such that the piston 3 is located at top dead center, or a position close to top dead center, while the rotation of the part. distribution of the high pressure plug 10 allows the mouth window 17 to position itself circumferentially simultaneously partially opposite the cold mouth 21 and partially opposite the hot mouth 22, so to achieve a double circulation of working gas inside the high pressure valve.
  • the mouth window 17 is located circumferentially between the cold mouth 21 and the hot mouth 22 so that said window 17 overlaps the wall separating the cold internal passage from the warm internal passage.
  • the cold mouth 21 and the hot mouth 22 of the guide portion 11 each coincide at least partially with the same lumen 41 in the breech.
  • the synchronization allows the cold orifice window 19c to be positioned partially vis-à-vis the cold orifice 23 and partially with the same lumen of a connection of the cold end B of exchanger 6, which previously.
  • a so-called cold internal passage of the guide part allows the working gas to be transferred from the working chamber to the exchanger 6, via the cold end B.
  • an orifice window said hot orifice window 19h, to be positioned partially vis-à-vis with a hot orifice 24 and a lumen of a connector of the 'hot end C of the exchanger 6, so as to at least partially coincide the hot orifice 24 with a slot of a connection of the hot end C of the exchanger 6.
  • a so-called hot internal passage distinct from the cold internal passage, allows the working gas to be transferred from the exchanger 6, via the hot end C, to the working chamber 5.
  • a communication between the cold end B and the hot end C of the exchanger is then established so that part of the incoming working gas and part of the outgoing working gas come into contact and cross.
  • Working gas still passes through the internal passage between the cold mouth 21 and the cold orifice 23, and working gas passes through the internal passage between the hot orifice 24 and the hot mouth 22.
  • the volume of previously compressed gas is in fact distributed in the path between the cold end B and the hot end C of the exchanger 6, the working gas being heated thanks to the heat transfer fluid present in the heat transfer path 61 of the exchanger 6.
  • the heated working gas leaving the hot mouthpiece 22 begins to relax.
  • no mouth of the low pressure valve communicates with a lumen of the cylinder head.
  • the heated working gas leaving the high pressure valve expands in the working chamber.
  • the synchronization of the piston 3 and the high pressure valve 10 is such that the movement of the piston 3 is downward while the rotation of the distribution portion 16 of the high pressure valve 10 allows the mouth window 17 to be inserted radially between the slot 41 of the cylinder head and the hot mouth 22 of the guide part.
  • the mouth window 17 is centered relative to the opening of the hot mouth 22. This position has the effect of communicating the hot mouth 22 of the guide portion with the lumen 41 of cylinder head so that working gas can exit the hot internal passage into the working chamber.
  • the synchronization of the motor allows the hot orifice window 19h to be inserted between the hot orifice 24 and the lumen of a connection of the hot end C.
  • This position has the effect of communicating the hot orifice 24 with the same lumen of a connection of the hot end C of the exchanger 6.
  • the working gas passes through the internal passage between the hot orifice 24 and the hot mouth 22 so as to be transferred from the exchanger 6 to the working chamber to be relaxed.
  • no mouth of the low pressure valve communicates with a breech light.
  • no mouth of the high pressure valve communicates with a lumen in the cylinder head.
  • no mouth of the high pressure valve communicates with a lumen of the cylinder head before the piston reaches its bottom dead center.
  • FIG. lb there is illustrated a phase of exhaust of the working gas.
  • the synchronization of the piston 3 and the plugs 10, 30 is such that the movement of the piston 3 is upward while the rotation of the low pressure plug 30 allows an exhaust port 31 of the low pressure plug to communicate with a lumen in the cylinder head. and simultaneously allows an exhaust port 33 to communicate with a lumen of an exhaust connector.
  • the working gas passes through the internal passage between the exhaust mouth 31 and the exhaust port 33 so as to be expelled from the working chamber 5.
  • no mouth of the high pressure valve communicates with a lumen of. the cylinder head.
  • the rotation, in the direction of clockwise, of the dispensing part is such that the mouth window 17 is angularly offset by a few degrees so that the latter is no longer and is not vis-à-vis, even partially with the hot mouth 22.
  • the working gas is discharged into the external environment.
  • the low-pressure valve has pivoted so that the exhaust port 31 of the low-pressure valve no longer communicates, even partially, with a light in the cylinder head (excluding any delay in closing the exhaust ).
  • the hot mouthpieces 22 and the cold mouthpieces 21 are spaced along the circumference of the valve by a very small angular displacement, for example 5 to 15 degrees.
  • the angular travel is chosen so that a light 41 can communicate simultaneously with a cold mouthpiece and a hot mouthpiece.
  • each hot mouth has, along the circumference of the plug, an angular opening of between 20 and 50 degrees, preferably between 25 and 35 degrees. Since the motor carries out four main phases and the internal passages are separated by walls of non-zero thickness, these values are chosen according to a compromise between the need for a large flow section of the working gas flow, the reduction of pressure drops and the size (diameter and length of the plug).
  • Each cold mouth has, along the circumference of the plug, an angular opening of, for example, between 10 and 40 degrees, preferably between 20 and 30 degrees.
  • each lumen has, along the circumference of the receiving surface 40, an angular opening of, for example, between 15 and 30 degrees.
  • each orifice has, along the circumference of the plug, an angular opening of between 100 and 350 degrees, preferably between 120 and 150 degrees.
  • FIG. 9 Referring to Figures 9, 10, 11, 12 and 13, there is shown a second embodiment of a high pressure valve of the type comprising a guide portion having a radial cold orifice and an axial hot orifice.
  • the high pressure valve 10 comprises a guide part 11 having the shape of a cylinder.
  • the guide part comprises a base arranged at one end, in order to fix it to the cylinder head.
  • the guide part 11 comprises on its peripheral surface two mouths, called cold mouths 21, adjacent and aligned axially. It further comprises two other mouthpieces, called hot mouthpieces 22, adjacent and axially aligned.
  • the cold mouthpieces 21 are aligned circumferentially with the hot mouthpieces 22.
  • the mouthpieces have a rectangular shape.
  • the cold and hot mouthpieces each have a substantially rectangular shape, the longitudinal dimension of which extends in a direction which is parallel to the axis of the plug.
  • the shape and opening dimensions of the cold mouthpieces are substantially the same as the shape and the opening dimensions of the hot mouthpieces.
  • the high pressure valve 10 comprises a distribution part having the shape of a tube.
  • the dispensing part comprises a pivot shaft 26 which is arranged at one end of said dispensing part.
  • the dispensing part comprises on its peripheral surface two windows, called mouth windows 17, aligned axially.
  • the mouth windows 17 have a shape and opening dimensions substantially identical to the shape and dimensions of the mouths.
  • the axial spacing of the windows is identical to that of the mouths 21, 22.
  • FIG. 10 represents the plug of FIG. 9 rotated angularly by approximately 180 degrees.
  • the guide part 11 comprises on its peripheral surface a single orifice, called the cold orifice 23.
  • the cold orifice 23 is offset axially with respect to the cold 21 and hot 22 mouths.
  • the cold orifice 23 has a rectangular shape whose longitudinal dimension extends in a direction which is orthogonal or circumferential to the axis of the plug.
  • the distribution part 16 comprises on its peripheral surface a window, called the orifice window 19.
  • the orifice window 19 has a shape and opening dimensions substantially identical to the shape and opening dimensions of the opening. hot orifice.
  • the dispensing part is provided to cover and surround the guide part.
  • Figures 11, 12 and 13 show the path of the internal passages of the guide part of the high pressure valve according to Figures 9 and 10.
  • the guide part comprises a hot orifice 24 opening onto a transverse end, or axial face, of the guide part.
  • FIGS. 11 and 12 each illustrate a phase of transfer of working gas to the cold end of an exchanger, like FIG. 2a, the mouth windows 17 coincide with the cold mouths 21, and the orifice window 19 coincides with the cold orifice 23.
  • the internal hot passages In the background, there is shown the internal hot passages.
  • This embodiment has the advantage of further dissociating the hot flows from the cold flows and thus of minimizing the heat transfers between these two flows.
  • the high pressure valve comprises a guide part having an axial cold orifice and a radial hot orifice.
  • FIG. 14 there is shown a third embodiment of a high pressure valve of the type comprising a guide portion having an axial cold orifice and an axial hot orifice.
  • This embodiment will be described in its differences with the above embodiment.
  • the cold 23 and hot 24 orifices are each arranged on a face or transverse end of the guide part 11.
  • the path of the cold and hot internal passages is respectively such that the conduits extend from two mouths and meet to form a single duct which opens out at an axial end of the guide part 11, see figure 16.
  • the internal hot and cold passages are arranged in the guide part in a substantially symmetrical manner with respect to to a plane passing through the axis of the guide part.
  • the absence of a radially arranged orifice allows a high pressure valve of a shorter length compared to the other embodiments. Further, the dispensing part only includes mouth windows.
  • each mouth comprises a mullion 25 dividing the opening of the mouth in two.
  • two conduits extend from a mouth, see Figures 15 and 16.
  • the distribution part 16 is driven in rotation by a pulley 28 which sets the distribution part 16 in motion by means of the pivot shaft 26, see figures 11, 12, 13 and 16.
  • the guide part 11 comprises a cavity 27 arranged between the hot and cold internal passages, see Figures 11 and 16.
  • the cavity 27 is intended to receive and store a hot gas. This feature makes it possible to maintain the highest possible temperature for the working gases coming from the hot end of the exchanger and heading towards the working chamber.
  • the high pressure valve comprises sealing devices arranged between the guide part and the distribution part.
  • the sealing devices have the shape of a plate curved in an arc of a circle so as to be inserted between the guide part and the distribution part.
  • Each sealing device comprises a notch at each end so as to achieve a central allowance which is intended to be disposed in a housing 13 of the sealing device arranged on the peripheral surface of the guide part, see Figures 9 and 14.

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Abstract

La présente invention concerne un boisseau (10) pour moteur à source chaude externe (1) du type comprenant : un cylindre (2), un piston (3), une culasse (4), une chambre de travail (5) pour un gaz de travail, une distribution comprenant ledit boisseau faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec différentes ressources. Le boisseau (10) comprend deux parties coaxiales : - une partie de guidage (11) du gaz de travail, comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière (41) pratiquée dans la culasse (4), et - une partie de distribution (16) du gaz de travail, mobile et disposée en périphérie de la partie de guidage (11), comprenant au moins une fenêtre (17) qui fait sélectivement communiquer la chambre de travail (5) avec au moins un desdits passages internes de façon que le gaz de travail s'écoule sélectivement entre la chambre de travail (5) et les différentes ressources. La présente invention concerne également un moteur à source chaude externe comprenant ledit boisseau.

Description

Description
Titre de l'invention : Boisseau en deux parties coaxiales, et moteur à source chaude externe comprenant celui-ci Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un boisseau pour moteur à source chaude externe du type comprenant : au moins un cylindre, au moins un piston, une culasse, une chambre de travail pour un gaz de travail, une distribution comprenant ledit boisseau et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec différentes ressources. Le boisseau comprend deux parties coaxiales :
[0002] - une partie de guidage du gaz de travail, comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse, et
[0003] - une partie de distribution du gaz de travail, mobile et disposée en périphérie de la partie de guidage, comprenant au moins une fenêtre qui fait sélectivement communiquer la chambre de travail avec au moins un desdits passages internes de façon que le gaz de travail s’écoule sélectivement entre la chambre de travail et les différentes ressources. Elle concerne également un moteur à source chaude externe équipé dudit boisseau.
Etat de la technique antérieure
[0004] Les moteurs à source chaude externe, par exemple du type Ericsson, connaissent un regain d'intérêt et de développement, avec comme but de diminuer les émissions de polluants ou de réduire la consommation d'énergie en revalorisant les rejets de chaleur. Ce type de moteur fonctionne entre deux sources de chaleur externes au moteur par l'intermédiaire d'échangeurs. Il utilise des soupapes pour contrôler l'écoulement du fluide de travail (en phase gazeuse) entre deux chambres, une de compression et l'autre de détente.
[0005] Pour les machines volumétriques telles notamment que les moteurs à combustion interne à pistons, on connaît également les distributions utilisant des soupapes actionnées par des cames. Ce type de distribution présente diverses limitations. En particulier, la pression sur la face de la soupape opposée à la chambre de travail doit être faible. En outre la levée maximale de la soupape est faible si la durée (mesurée en degrés d’angle de rotation de la came) d’ouverture de la soupape est faible. En outre, l’entraînement des cames est consommateur d’énergie.
[0006] On connaît aussi des machines volumétriques, telles que des compresseurs, qui utilisent une distribution à clapets. Cette solution nécessite que le différentiel de pression sur chaque clapet ait toujours, à chaque stade du cycle de fonctionnement de la machine, une valeur et un sens appropriés pour que le clapet soit dans l’état - ouvert ou fermé - nécessaire au stade considéré du cycle.
[0007] Dans certaines machines volumétriques à source chaude externe, telles que celles décrites dans les deux demandes de brevet FR 2905 728 et FR 2954799, de l’air prélevé dans l’atmosphère est admis et comprimé dans une chambre de travail, puis transféré dans une source chaude, et de là re-transféré dans la même chambre de travail en début d’un temps d’expansion de cette chambre, produisant de l’énergie mécanique recueillie par un piston, puis évacué à l’atmosphère.
[0008] Pour être efficaces, les deux transferts du gaz de travail, de la chambre de travail vers la source chaude puis de ladite source chaude vers ladite chambre de travail, doivent être brefs et s’opérer à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. Ces exigences sont difficiles à satisfaire avec une distribution par soupapes commandées par des cames. Par ailleurs, ce type de cycle est difficilement compatible avec une distribution par clapets.
[0009] On connaît de la demande de brevet FR 3 069 884 un moteur à source chaude externe comprenant des boisseaux. Chaque boisseau est monté en rotation dans la culasse et comporte des passages internes débouchant à travers sa paroi latérale par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse. Chaque boisseau est réalisé d’une seule pièce.
Le boisseau offre une plus grande section de passage pour le gaz de travail et permet de diminuer les pertes de charges entre la chambre de travail et des ressources. Bien que satisfaisant, ce type de distributeur présente les inconvénients suivants :
[0010] - des échanges thermiques importants entre le flux chaud, provenant de l’extrémité chaude d’un échangeur, entrant dans la chambre de travail et le flux froid sortant de la chambre de travail, réduisant la capacité à prélever de la chaleur dans la ressource chaude, et un effet de double soupape dans le trajet du gaz de travail avec une discontinuité entre une lumière de la culasse et une embouchure du boisseau d’une part, et un orifice du boisseau et une lumière d’un raccord d’une ressource d’autre part, peu propice à la circulation de l’air entre la chambre de travail et la ressource chaude.
[0011] Il est désireux de toujours améliorer les deux transferts de gaz indiqués ci-dessus et/ ou de proposer des solutions techniques efficientes afin de réaliser les deux transferts de gaz dans le moteur et d’accroître les performances de celui-ci.
[0012] La présente invention a pour but de proposer un moteur à source chaude externe permettant de remédier au moins en partie aux problèmes cités ci-dessus. Elle a également pour but de proposer un moteur peu encombrant. Exposé de l'invention
[0013] Selon un premier aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs avec un boisseau pour moteur à source chaude externe du type comprenant :
[0014] - au moins un cylindre,
[0015] - un piston mobile en va et vient dans le cylindre,
[0016] - une culasse définissant, avec le piston et le cylindre, une chambre de travail pour un gaz de travail,
[0017] - une distribution, comprenant ledit boisseau, montée dans la culasse et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec différentes ressources.
[0018] Le boisseau est caractérisé en ce qu’il comprend deux parties coaxiales :
[0019] - une partie de guidage du gaz de travail, comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse, et
[0020] - une partie de distribution du gaz de travail, disposée en périphérie de la partie de guidage et mobile par rapport à la partie de guidage, la partie de distribution comprenant au moins une fenêtre qui fait sélectivement communiquer la chambre de travail avec au moins un desdits passages internes de façon que le gaz de travail s’écoule sélectivement entre la chambre de travail et les différentes ressources.
[0021] Le boisseau selon l’invention a pour avantages de limiter simultanément les pertes thermiques et les pertes de charges, et d’assurer une meilleure continuité des flux entre la chambre de travail et la ressource chaude, permettant ainsi d’améliorer le rendement et/ou les performances d’un moteur à source chaude externe équipé dudit boisseau.
[0022] On entend par boisseau, un dispositif cylindrique comprenant des passages internes dans lesquels le gaz de travail peut circuler. Un passage interne est par exemple un conduit. Le boisseau est disposé de sorte que son axe de rotation est perpendiculaire à l’axe du cylindre au-dessus duquel il est agencé. Le boisseau est situé entre la chambre de travail et un échangeur le long du trajet du gaz de travail. Le boisseau présenté ici a la particularité de comprendre deux parties coaxiales : une partie de guidage et une partie de distribution entourant la partie de guidage. Le mouvement rotatif d’une partie et/ou de l’autre partie parmi la partie de guidage et la partie de distribution du boisseau est/sont synchronisé(s) avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser le boisseau via les passages internes, et ainsi distribuer le gaz entre la chambre de travail et l’échangeur. De préférence, chaque passage interne communique avec au moins deux ouvertures ménagées à travers la paroi latérale de la partie de guidage du boisseau, chaque ouverture se situant à une des deux extrémités du passage interne. A un certain stade du cycle, le gaz de travail s’écoule entre la chambre de travail et l’entrée froide de l’échangeur en passant à travers au moins une lumière de la culasse, au moins un passage interne de la partie de guidage du boisseau et au moins une ouverture de la partie de distribution du boisseau.
[0023] On appelle embouchure, une ouverture se situant à une extrémité de la partie de guidage du boisseau. L’embouchure coïncide sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse. On appelle fenêtre, une ouverture de la partie de distribution du boisseau. Une fenêtre coïncide sélectivement avec au moins une lumière et au moins une embouchure. Une fenêtre peut coïncider avec au moins un orifice. On appelle orifice, une ouverture se situant à une autre extrémité de la partie de guidage du boisseau. L’orifice se situe à l’opposé de l’embouchure.
[0024] Pour ce qui précède et pour la suite de la demande, les termes embouchure et orifice correspondent à, ou qualifient, des ouvertures réalisées à travers la paroi latérale de la partie de guidage du boisseau. Le terme embouchure est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec la lumière de la culasse pour le passage du gaz de travail de la chambre de travail au boisseau ou inversement. Une embouchure est toujours réalisée à travers la paroi périphérique de la partie de guidage, dite aussi paroi circonférentielle. Le terme orifice est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec un raccord pour le passage du gaz de travail du boisseau au raccord ou inversement. Un orifice peut être réalisé à travers la paroi périphérique de la partie de guidage, dite aussi paroi circonférentielle, ou à travers la paroi transversale de la partie de guidage. Une embouchure ne peut pas servir d’orifice et inversement. Pour cela, dans le cas où l’orifice est réalisé sur la paroi périphérique de la partie de guidage, l’au moins une embouchure est décalée axialement par rapport à l’au moins un orifice.
[0025] Pour ce qui précède et pour la suite de la demande, le terme fenêtre correspond à, ou qualifie, une ouverture réalisée à travers la paroi latérale de la partie de distribution du boisseau. Le terme fenêtre est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec la lumière de la culasse et une embouchure, pour le passage du gaz de travail de la chambre de travail au boisseau ou inversement. Dans ce cas, on pourra utiliser l’expression fenêtre d’embouchure. En outre, le terme fenêtre est utilisé pour qualifier chaque ouverture capable de communiquer avec un orifice et un raccord, pour le passage du gaz de travail du boisseau au raccord ou inversement. Dans ce cas, on pourra utiliser l’expression fenêtre d’orifice. Une fenêtre peut être réalisée à travers la paroi périphérique de la partie de distribution, dite aussi paroi circonférentielle, ou à travers la paroi transversale de la partie de distribution.
[0026] Enfin, on entend par les adjectifs "chaud" et "froid", un sens relatif signifiant simplement qu’un élément chaud, par exemple une embouchure chaude ou un orifice chaud, est généralement plus chaud qu’un élément froid, par exemple une embouchure froide ou un orifice froid, lors du fonctionnement du moteur. [0027] On entend par paroi latérale, en évoquant la partie de guidage ou la partie de distribution, d’une part une paroi périphérique, dite aussi paroi circonférentielle, qui s’étend le long d’une face cylindrique de ladite partie, ou d’autre part une paroi transversale, dite aussi face axiale de ladite partie, qui s’étend le long d’une face plane de ladite partie.
[0028] Le système de distribution à boisseau permet de proposer une grande section de passage du gaz de travail, notamment dès qu’une embouchure commence à coïncider avec une fenêtre de la partie de distribution et avec une lumière de la culasse. Comme la vitesse de rotation du boisseau est sensiblement constante, la section de passage augmente rapidement, par exemple linéairement, jusqu’à ce que l’embouchure coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse.
[0029] La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique, du type quatre temps, suivant :
[0030] - un gaz de travail, sensiblement froid est admis dans la chambre de travail,
- ledit gaz est comprimé dans ladite chambre de travail, puis transféré dans l’échangeur dans lequel un fluide calo-cédant (la source chaude) circule, de façon à chauffer le gaz de travail ; le gaz de travail chauffé est re-transféré dans la chambre de travail en début d’un temps d’expansion de la même chambre de travail ; puis l’expansion se poursuit et se termine alors que la chambre de travail est isolée de l’échangeur ; et le gaz de travail est échappé de la chambre de travail.
[0031] Grâce au boisseau, les deux transferts précités du gaz de travail sont brefs et s’opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge.
[0032] De préférence, au moins une lumière de la culasse est susceptible de communiquer avec deux passages internes de la partie de guidage du boisseau qui débouchent à travers la paroi périphérique de la partie de guidage par deux embouchures alignées circonférentiellement, selon la position angulaire de la partie de distribution.
[0033] Lesdits deux passages internes sont, l’un, un passage par lequel le gaz de travail rentre dans la chambre de travail, et l’autre, un passage par lequel le gaz de travail quitte la chambre de travail.
[0034] Par exemple, le boisseau comprend :
[0035] un passage interne destiné à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé entre la chambre de travail et l’extrémité froide de l’échangeur, et
- un passage interne, distinct du précédent, destiné à faire circuler le gaz de travail, comprimé et chauffé, entre l’extrémité chaude de l’échangeur et la chambre de travail. [0036] Le gaz de travail entrant dans l’échangeur est dit « froid » par comparaison avec sa température plus élevée lorsqu’il sort « chaud » de l’échangeur. Il doit cependant être bien entendu que le gaz de travail « froid » entrant dans l’échangeur est déjà réchauffé par sa compression dans la chambre de travail. De même, l’extrémité « froide » de l’échangeur est tout de même à une température voisine de celle du gaz de travail en fin de compression.
[0037] De préférence, la distribution est agencée de façon que, vers la fin de la compression, la chambre de travail commence à communiquer avec l’extrémité froide de l’échangeur lorsque la pression dans la chambre de travail est plus basse que la pression dans l’échangeur. Lors du fonctionnement du moteur et en référence au cycle décrit au-dessus, le gaz de travail froid et comprimé et/ou en cours de compression entre dans le dans la partie de guidage du boisseau, qui est fixe, dès lors qu’au moins une fenêtre de la partie de distribution en rotation coïncide simultanément avec une partie de l’embouchure et avec la lumière de façon à faire circuler le gaz de travail froid et comprimé vers l’extrémité froide de l’échangeur. La section de passage entre la chambre de travail et l’embouchure augmente avec la rotation de la partie de distribution du boisseau. Lorsque l’embouchure du boisseau coïncide parfaitement avec la lumière de la culasse, la section de passage est maximale. La majeure partie, au moins 50%, du volume de gaz de travail froid et comprimé a alors franchi ladite embouchure. Ensuite, du fait de la rotation de la partie de guidage du boisseau et de la fin de la compression, une partie seulement de l’embouchure coïncide avec la lumière, de façon à faire circuler la partie restante du gaz de travail froid et comprimé vers l’extrémité froide de l’échangeur. Simultanément, la section de passage entre la chambre de travail et la deuxième embouchure, du deuxième passage interne, augmente de sorte qu’une partie de ladite embouchure coïncide avec la même lumière. Le gaz de travail sortant de la deuxième embouchure, et donc entrant dans la chambre de travail, provient de l’extrémité chaude de l’échangeur après avoir été chauffé. Le gaz de travail effectue ainsi une boucle en passant par la même lumière de la culasse mais par des passages internes différents du boisseau. Ceci entraîne de réaliser ladite lumière plus grande, et donc d’augmenter encore la section de passage offerte au gaz pour passer dans l’échangeur et en revenir. Pendant un court instant le gaz de travail froid, sortant de la chambre de travail, et le gaz de travail chaud, entrant dans la chambre de travail, se croisent. On évite ainsi un phénomène défavorable de relativement faible pression dans la chambre de travail en début de phase d’expansion.
[0038] De préférence, la section de la lumière est au moins égale à la somme des sections des embouchures chaudes et froides. De manière préférentielle, la section de la lumière est au moins égale à la somme des sections des embouchures chaudes et froides et de la section transversale de la paroi séparant l’embouchure chaude de l’embouchure froide. [0039] Selon un exemple de réalisation, les deux embouchures voisines sont alignées circon- férentiellement et décalées d’un angle compris entre 5 et 15 degrés.
[0040] Ces valeurs comme d’autres valeurs angulaires fournies par la suite, concernant les embouchures, des orifices et les fenêtres, sont indiquées pour une vitesse de rotation du boisseau comprise entre 1000 et 3000 tr/min (tours par minute), de préférence entre 2000 et 3000 tr/min (tours par minute). En outre, la pression nominale régnant dans l’échangeur de chaleur peut être comprise entre 4 et 5 bars absolu et le fluide calo- cédant peut présenter une température comprise entre 500°C et 900°C (degrés Celsius).
[0041] Selon un mode de réalisation préféré, la partie de guidage est fixe par rapport au moteur. Comme la majeure partie du boisseau est statique, les gaz sont d’une part moins perturbés lorsqu’ils s’écoulent dans le boisseau. En outre, la chaleur des gaz chauds est d’autre part moins dissipée par convection et/ou conduction de la surface interne et/ou externe du ou des passages internes du boisseau, ou de la surface externe du boisseau au regard de la culasse. En particulier, la chaleur des gaz chauds est moins dissipée par convection et/ou conduction de la surface interne et/ou externe du ou des passages internes du boisseau au regard du ou des passages internes dans lequel/ lesquels s’écoulent des gaz froids. On entend par gaz chaud relativement à gaz froid, un gaz chaud qui présente une température plus importante que celle d’un gaz froid. Ceci permet de limiter ou d’éviter la diminution de l’écart de température entre la partie chaude du boisseau et la partie froide du boisseau ; le principe du moteur résidant sur la différence de température entre la source chaude et la source froide.
[0042] Enfin, on observe un effet de synergie. Comme l’écoulement des gaz est facilité, la dissipation thermique est diminuée. Au regard de l’art antérieur, l’écart de température entre les gaz chauds et les gaz froids au sein du moteur est maximisé, permettant d’obtenir un rendement significativement amélioré, du moins au-delà de l’addition des deux effets pris séparément.
[0043] De préférence, la partie de guidage comprend au moins un orifice, agencé à l’extrémité d’un passage interne opposée à l’au moins une embouchure, de façon que les passages internes débouchent à travers une paroi de la partie de guidage du boisseau par l’au moins un orifice qui permet au passage interne de communiquer avec un raccord fixe correspondant. Un raccord fixe relie le moteur avec une ressource, par exemple une extrémité froide ou chaude d’un échangeur.
[0044] Selon un premier mode de réalisation, l’au moins un orifice est agencé sur une paroi périphérique de la partie de guidage. Cette caractéristique a pour avantage de faire traverser les gaz radialement dans le boisseau et ainsi permet de limiter la distance de parcours des gaz entre la chambre de travail et les ressources. Selon un exemple, la partie de guidage peut comporter deux orifices, un orifice froid et un orifice chaud, agencés sur la paroi périphérique. [0045] Selon un deuxième mode de réalisation, l’au moins un orifice comprend deux orifices : un orifice agencé sur une paroi périphérique de la partie de guidage et un orifice agencé sur une paroi transversale de la partie de guidage. De préférence, l’au moins un orifice comprend deux orifices : un orifice, dit orifice froid, agencé sur une paroi périphérique de la partie de guidage et un orifice, dit orifice chaud, agencé sur une paroi transversale de la partie de guidage. Cette caractéristique a pour avantage de limiter les transferts thermiques entre les passages internes, dans lesquels s’écoulent respectivement des gaz chauds et des gaz froids, depuis le passage interne contenant un gaz chaud vers un passage interne contenant un gaz froid ou inversement, du fait de l’éloignement de l’orifice chaud par rapport à l’orifice froid.
[0046] Selon un troisième mode de réalisation, l’au moins un orifice est agencé sur une paroi transversale de la partie de guidage. Cette caractéristique a pour avantage de laisser l’au moins un orifice constamment ouvert, et ainsi de limiter la perte de charges. La partie de guidage peut comporter deux orifices, un orifice froid et un orifice chaud, agencés sur une paroi transversale. Selon un premier exemple, les deux orifices peuvent être agencés sur une même paroi transversale, ou une même face axiale. Selon un deuxième exemple, chaque orifice est agencé sur une paroi transversale distincte opposée.
[0047] De préférence, la partie de distribution est de forme générale tubulaire. La partie de distribution comprend au moins une fenêtre dirigée radialement agencée et configurée pour, au cours d’une rotation de ladite partie, sélectivement s’aligner avec au moins une embouchure de la partie de guidage du boisseau.
[0048] Selon un mode de réalisation, la partie de distribution est de forme générale tubulaire, et la partie de distribution comprend au moins une fenêtre agencée et configurée pour sélectivement s’aligner, au cours d’une rotation de ladite partie, avec au moins un orifice de la partie de guidage du boisseau. Selon un mode de réalisation compatible avec le premier et le deuxième mode de réalisation de la partie de guidage, la partie de distribution est de forme générale tubulaire, et la partie de distribution comprend au moins une fenêtre dirigée radialement et agencée pour sélectivement s’aligner avec au moins une embouchure, et au moins une fenêtre dirigée radialement et agencée pour s’aligner avec au moins un orifice.
[0049] La partie de distribution peut en outre comprendre, pour un cylindre, une même fenêtre dirigée radialement, faisant sélectivement communiquer l’un ou l’autre de deux passages internes avec la chambre de travail. Dans un mode de réalisation en particulier compatible avec le troisième mode de réalisation de la partie de guidage, la partie de distribution comprend, pour un cylindre, une seule fenêtre dirigée radialement.
[0050] Selon un mode de réalisation, l’au moins une embouchure comprend deux em- bouchures pour un même passage interne, capables de communiquer simultanément avec la chambre de travail, par deux lumières. Chaque embouchure peut coïncider avec une lumière. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en vue de trouver un compromis entre une grande section de passage pour le flux du gaz de travail, limiter la perte de charge dudit flux et limiter les fuites de gaz de travail entre le boisseau et la culasse.
[0051] Par exemple en phase de compression du gaz du travail et lors de son acheminement vers l’extrémité froide de l’échangeur, le gaz passe dans les deux embouchures du boisseau haute pression en traversant les deux lumières de la culasse de sorte que le flux est divisé en deux pour traverser les deux lumières et les deux embouchures, formant deux lignes de flux. Après les deux embouchures, chaque ligne de flux circule dans un conduit débouchant dans un conduit commun. Le passage interne présente en fait la forme d’un Y selon ce mode de réalisation particulier.
[0052] De préférence, les lumières et les embouchures présentent une forme rectangulaire pour limiter les pertes de charges.
[0053] De manière préférentielle, l’une au moins des embouchures est subdivisée par au moins un meneau. Cette caractéristique permet de soutenir des dispositifs d’étanchéité, placés sur la culasse, lorsque l’au moins une embouchure passe devant une lumière de la culasse. Les meneaux peuvent équiper aussi bien les embouchures du boisseau basse pression que celles du boisseau haute pression.
[0054] Pour ce qui précède et pour la suite de la description, on entend par meneau une barrette prévue pour subdiviser uniquement l’embouchure sans faire saillie à l’intérieur du boisseau (sans subdiviser le passage interne). Il s’étend circonférentiellement pour relier deux côtés longitudinaux d’une embouchure de façon à prolonger la circonférence du boisseau.
[0055] Selon un mode de réalisation, au moins un passage comprend deux passages conduisant en parallèle à une même ressource, capables de communiquer simultanément chacun avec une lumière respective de la culasse. Cette caractéristique permet de proposer une grande section de passage pour le gaz de travail. Par exemple lors du retour du gaz de travail provenant de l’extrémité chaude de l’échangeur, le flux du gaz travail est divisé en deux lignes de flux, qui circulent dans deux passages internes distincts à l’intérieur du boisseau. Les deux lignes de flux sont divisées avant l’entrée dans les deux orifices du boisseau et se rejoignent après la sortie des deux lumières de la culasse.
[0056] Selon une option, la partie de guidage comprend au moins une cavité agencée entre les passages internes de la partie de guidage, la cavité formant une canalisation dirigée axialement. Cette cavité peut permettre d’introduire un gaz afin de réchauffer les passages internes. [0057] Selon un deuxième aspect de l’invention, on atteint au moins l’un des objectifs avec un moteur à source chaude externe comprenant :
[0058] - au moins un cylindre,
[0059] - un piston mobile en va et vient dans le cylindre, en étant relié à un arbre moteur,
[0060] - une culasse définissant, avec le piston et le cylindre, une chambre de travail pour un gaz de travail,
[0061] - une distribution montée dans la culasse et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec les ressources suivantes :
[0062] - une admission de gaz de travail,
[0063] - une extrémité froide d’un échangeur de chaleur,
[0064] - une extrémité chaude de l’échangeur de chaleur,
[0065] - un échappement,
[0066] caractérisé en ce qu’il comprend au moins un premier boisseau agencé selon l’une ou plusieurs des caractéristiques du premier aspect.
[0067] Selon des perfectionnements optionnels de l’invention :
- le moteur comprend un second boisseau, dit basse pression, commandant la communication sélective de la chambre de travail avec l’admission et l’échappement, le second boisseau comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure qui communique sélectivement avec la chambre de travail par au moins une lumière pratiquée dans la culasse,
- le second boisseau comprend un orifice dirigé radialement et un orifice dirigé axialement, chaque orifice étant agencé à l’extrémité du passage interne correspondant opposée à son embouchure,
- le second boisseau est un boisseau basse pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec l’admission et l’échappement, et le premier boisseau est un boisseau haute pression commandant la communication sélective de la chambre de travail avec les extrémités chaude et froide de l’échangeur ; cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits
« haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement
- les boisseaux peuvent présenter des diamètres identiques, permettant de simplifier la construction du moteur,
- les boisseaux peuvent présenter des diamètres différents, par exemple le premier boisseau dit haute pression peut être de diamètre supérieur au diamètre du second boisseau dit basse pression, cette caractéristique permet d’agrandir encore la section de passage des passages internes, allant à l’échangeur et en revenant;
- le moteur comprend des moyens pour entraîner l’une des parties du boisseau à une vitesse proportionnelle à la vitesse de l’arbre moteur,
- le moteur comprend des moyens pour entraîner la partie de distribution du boisseau à une vitesse proportionnelle à la vitesse de l’arbre moteur,
- le moteur comprend, alternativement au second boisseau, une distribution à soupapes, du type utilisés pour les moteurs à combustion interne,
- le moteur comprend deux raccords fixes, un raccord dit « haute pression » et un raccord dit « basse pression »,
- le raccord haute pression comprend un raccord froid communiquant avec l’extrémité froide de l’échangeur et un raccord chaud communiquant avec l’extrémité chaude de l’échangeur,
- le raccord basse pression comprend un raccord d’admission, communiquant avec l’admission du gaz de travail, et un raccord d’échappement communiquant avec l’échappement du gaz de travail.
[0068] Selon un mode de réalisation préféré, le cycle thermodynamique est réalisé dans un seul cylindre. La culasse, surmontant la chambre de travail, supporte le boisseau haute pression et le boisseau basse pression, qui sont disposés parallèlement l’un à l’autre vue parallèlement à l’axe du boisseau.
[0069] Selon d’autres modes de réalisation, le moteur à source chaude externe peut comprendre plusieurs cylindres tel un moteur à combustion interne. Par exemple, le moteur peut comprendre au moins deux cylindres. Dans ce cas, il peut comprendre tout ou partie des caractéristiques décrites jusqu’à maintenant.
[0070] Dans le cas de deux ou plusieurs cylindres, le boisseau est potentiellement le même pour tous les cylindres qui sont disposés en ligne les uns avec les autres. Selon un autre mode de réalisation, il est prévu un boisseau par cylindre.
[0071] De préférence, le moteur comprend des dispositifs d’étanchéité pour limiter les fuites de gaz.
[0072] Selon un mode de réalisation, les lumières peuvent être entourées de dispositifs d’étanchéité pour fermer l’interstice entre la paroi périphérique du boisseau et une surface adjacente de la culasse tout autour de chaque lumière. Le dispositif d’étanchéité peut comprendre des barrettes d’un matériau pour frottement sec, par exemple graphite. Par exemple, les barrettes sont disposées autour des lumières de la culasse.
[0073] Selon un autre mode de réalisation, pouvant être compatible avec le précédent, les embouchures peuvent être entourées de dispositifs d’étanchéité pour fermer l’interstice radial entre la partie de guidage et la partie de distribution du boisseau.
[0074] Selon un autre aspect de l’invention, pouvant être compatible avec le premier aspect, il est prévu un ensemble de motorisation comprenant un moteur selon l’une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-dessus et un échangeur de chaleur ayant un trajet calorécepteur s’étendant entre une extrémité froide et une extrémité chaude sélectivement raccordées à la chambre de travail vers la fin d’une phase de compression et vers le début d’une phase de détente, respectivement. Le gaz de travail circule dans le trajet calorécepteur.
[0075] De préférence, l’échangeur est du type à contre-courant. L’échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru dans un sens par un fluide calo-cédant, sens qui est opposé au sens de parcours du gaz de travail dans le trajet calorécepteur. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calorécepteur.
[0076] Selon un mode de réalisation, l’échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne. Selon un autre mode de réalisation, l’échangeur de chaleur comprend un trajet calo-cédant parcouru par un fluide réchauffé à l’énergie solaire.
Brève description des dessins
[0077] 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 :
[0078] [fig.l] la figure 1 comprend deux figures la et lb montrant deux représentations schématiques d’un moteur à source chaude externe, comprenant deux boisseaux, un boisseau basse pression, à gauche de chacune des figures la et lb, et un boisseau haute pression, à droite de chacune des figures la et lb, comprenant deux partie coaxiales selon l’invention, une partie de guidage et une partie de distribution, le boisseau haute pression étant illustré selon un premier mode de réalisation, dans lequel la partie de guidage comprend des passages internes, chaque passage interne débouchant ra- dialement par une embouchure et un orifice, la partie de distribution comprenant une fenêtre d’embouchure dirigée radialement et agencée pour s’aligner sélectivement avec une embouchure, et une fenêtre d’orifice dirigée radialement et agencée pour s’aligner sélectivement avec un orifice, le moteur étant couplé avec un échangeur de chaleur, l’ensemble moteur et échangeur étant vu en coupe lors de deux principales phases de fonctionnement du moteur : la figure la illustrant une phase d’admission d’un gaz de travail dans le cylindre du moteur, la figure lb illustrant une phase d’échappement du gaz hors dudit cylindre ;
[0079] [fig-2] la figure 2 comprend trois figures 2a, 2b et 2c montrant trois représentations schématiques d’un moteur conforme à la figure 1, l’ensemble moteur et échangeur étant également vu en coupe lors de trois principales phases de fonctionnement du moteur : la figure 2a illustrant une phase de fin de compression du gaz de travail et au cours de laquelle le gaz est également dirigé vers une extrémité froide de l’échangeur de chaleur, la figure 2b illustrant une phase dans laquelle un boisseau présente une position dite « de balayage » qui autorise la communication fluidique simultanée de l’extrémité froide et l’extrémité chaude de l’échangeur avec le cylindre du moteur, la figure 2c illustrant une phase de détente du gaz de travail après son passage dans l’échangeur ;
[0080] [fig.3] la figure 3 est une vue en coupe d’un moteur comprenant un boisseau basse pression, à droite de la figure, et un boisseau haute pression, à gauche de la figure, comprenant deux parties coaxiales, le plan de coupe étant perpendiculaire aux axes des boisseaux, la figure 3 illustrant une phase de fin de compression du gaz de travail et montrant la position des différentes pièces mobiles dont la position angulaire des boisseaux, en particulier la position angulaire de la partie de distribution relativement à la partie de guidage du boisseau haute pression, la position de la partie de distribution étant telle qu’une fenêtre est décalée angulairement de quelques degrés relativement à une embouchure froide ;
[0081] [fig-4] la figure 4 est un zoom du boisseau haute pression de la figure 3 ;
[0082] [fig.5] la figure 5 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux figures 3 et
4, la figure 5 illustrant une position dans laquelle la fenêtre de la partie de distribution est centrée relativement à une embouchure froide ;
[0083] [fig.6] la figure 6 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux figures 3 et
4, la figure 6 illustrant une position dans laquelle la fenêtre de la partie de distribution est décalée angulairement de quelques degrés relativement à une embouchure froide et également à une embouchure chaude ;
[0084] [fig.7] la figure 7 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux Figures 3 et
4, la figure 7 illustrant une position dans laquelle la fenêtre de la partie de distribution est centrée relativement à une embouchure chaude ;
[0085] [fig-8] la figure 8 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux figures 3 et
4, la figure 8 illustrant une position dans laquelle la fenêtre de la partie de distribution est décalée angulairement de quelques degrés relativement à une embouchure chaude de manière que ladite fenêtre de la partie de distribution ne coïncide plus avec l’embouchure chaude ;
[0086] [fig.9] la figure 9 est une vue en perspective éclatée d’un boisseau haute pression selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, le boisseau comprenant une partie de distribution et une partie de guidage, la partie de guidage comprenant deux embouchures froides et deux embouchures chaudes, la partie de distribution comprenant uniquement deux fenêtres, dites fenêtres d’embouchures, la partie de distribution étant prévue pour recouvrir la partie de guidage du boisseau ;
[0087] [fig-10] la figure 10 est une vue en perspective éclatée d’un boisseau selon le même mode de réalisation que la figure 9, la partie de guidage comprenant un orifice, dit orifice froid, agencé sur la paroi circonférentielle, la partie de distribution comprenant une fenêtre, dite fenêtre d’orifice, agencée sur la paroi circonférentielle ;
[0088] [fig.11] la figure 11 est une vue en coupe longitudinale du moteur présentant un boisseau haute pression conforme au mode de réalisation des figures 9 et 10, le plan de coupe passant par l’axe dudit boisseau et par l’axe du piston, la figure 11 illustrant une phase au cours de laquelle le gaz de travail est en communication avec l’une des extrémités froide de l’échangeur de chaleur ;
[0089] [fig.12] la figure 12 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux figures 9, 10 et 11, illustrant une phase au cours de laquelle le gaz de travail est dirigé vers une extrémité froide de l’échangeur de chaleur, ou bien, au cours de laquelle le gaz de travail, provenant d’une extrémité chaude de l’échangeur de chaleur, est dirigé vers la chambre de travail ;
[0090] [fig· 13] la figure 13 est un zoom du boisseau haute pression conforme aux figures 9, 10 et 11, illustrant une phase au cours de laquelle le gaz de travail, provenant d’une extrémité chaude de l’échangeur de chaleur, est dirigé vers la chambre de travail, ou bien, au cours de laquelle le gaz de travail est dirigé vers une extrémité froide de l’échangeur de chaleur ;
[0091] [fig.14] la figure 14 est une vue en perspective éclatée d’un boisseau haute pression selon un troisième mode de réalisation de l’invention, le boisseau comprenant une partie de distribution et une partie de guidage, la partie de guidage comprenant deux embouchures froides et deux embouchures chaudes, la partie de distribution comprenant deux fenêtres, dites fenêtres d’embouchures, la partie de distribution étant prévue pour recouvrir la partie de guidage du boisseau ;
[0092] [fig· 15] la figure 15 comprend deux figures 15a et 15b montrant deux vues en perspective d’une partie de guidage d’un boisseau conforme au mode de réalisation de la figure 14, dans lequel deux orifices sont agencés sur une paroi transversale, le boisseau étant prévu pour un moteur comprenant un cylindre, la figure 15a montrant le boisseau en transparence de manière à visualiser les passages internes ;
[0093] [fig.16] la figure 16 est une vue en coupe longitudinale d’un moteur présentant un boisseau haute pression conforme aux figures 14 et 15, le plan de coupe passant par l’axe dudit boisseau et par l’axe du piston, la figure 16 illustrant une phase au cours de laquelle le gaz de travail est dirigé vers une extrémité froide de l’échangeur de chaleur. Description des modes de réalisation
[0094] Ces modes de réalisation n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite 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, et/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.
[0095] Les figures la, lb, 2a, 2b et 2c illustrent les phases principales de fonctionnement d’un moteur à source chaude externe 1, et vont permettre de décrire le moteur comprenant des boisseaux selon un mode de réalisation. Le moteur comprend :
[0096] un bloc-moteur dans lequel est formée une cavité cylindrique appelée cylindre
2, un piston mobile 3 agencé pour se déplacer en va et vient dans le cylindre 2,
- une culasse 4 coiffant le bloc-moteur au-dessus du cylindre 2, une chambre de travail 5 étant délimitée pour un gaz de travail, typiquement de l’air, dans le cylindre 2 entre le piston 3 et la culasse 4,
[0097] - une distribution montée dans la culasse 4, agencée et configurée pour faire communiquer sélectivement la chambre de travail 5 avec les ressources suivantes :
• une admission A de gaz de travail,
• une extrémité froide B d’un échangeur de chaleur,
• une extrémité chaude C de l’échangeur de chaleur,
• un échappement D.
[0098] Le moteur est raccordé à un échangeur de chaleur 6 pour un échange de chaleur entre le gaz de travail, dit fluide calo-récepteur, et un fluide calo-cédant. L’échangeur de chaleur 6 est du type à contre-courant. Il comprend un trajet calo-cédant 61 parcouru par le fluide calo-cédant de la gauche vers la droite. Il comprend en outre un trajet calo-récepteur 62, représenté sous le trajet calo-cédant 61, en référence aux figures la à 2c, de façon que le gaz de travail parcourt le trajet calo-récepteur de la droite vers la gauche. Le trajet calo-cédant est distinct du trajet calo-récepteur. Le fluide calo-cédant est par exemple les gaz d’échappement d’un moteur à combustion interne.
[0099] L’échangeur de chaleur 6 est relié au moteur par l’intermédiaire de raccords 60, voir figures 11 et 16, et de tuyaux de façon à pourvoir faire circuler le gaz de travail depuis le moteur vers l’échangeur et inversement. De même, un ou des raccords ou tuyaux sont reliés au moteur pour réaliser l’admission et l’échappement.
[0100] La distribution comprend deux boisseaux, un premier boisseau 10, dit boisseau « haute pression », et un deuxième boisseau 30, dit boisseau « basse pression », montés dans la culasse 4, au-dessus de la chambre de travail 5. Chaque boisseau présente la forme générale d’un cylindre. Les axes des deux boisseaux sont parallèles l’un à l’autre et orthogonaux à l’axe du cylindre 2. Le boisseau basse pression 30 est agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec l’admission A et l’échappement D. Le boisseau haute pression 10 est agencé et configuré pour commander la communication sélective de la chambre de travail 5 avec les extrémités chaude C et froide B de l’échangeur 6. De préférence, le boisseau haute pression 10 est utilisé uniquement pour commander la circulation du gaz de travail entre la chambre de travail et l’échangeur. De même, le boisseau basse pression 30 est utilisé uniquement pour commander l’admission et l’échappement. Cette caractéristique permet de simplifier la construction du moteur en dissociant les flux dits « haute pression » et les flux dits « basse pression » et de réduire son encombrement. Les boisseaux présentent par exemple mais non nécessairement des diamètres identiques permettant de simplifier la construction du moteur. Le boisseau basse pression 30 est réalisé d’un seul bloc ou d’un seul tenant et est monté rotatif dans la culasse 4. Le boisseau haute pression 10 est réalisé en deux parties coaxiales : une partie dit « de guidage » 11 et une partie dit « de distribution » 16. La partie de guidage 11 présente une forme générale cylindrique et est fixe relativement à la culasse 4. La partie de distribution 16 présente une forme générale tubulaire qui entoure la partie de guidage 11 et qui est rotative relativement à la partie de guidage. La partie de distribution 16 du boisseau haute pression est montée rotative dans la culasse 4. Seule la partie de distribution est rotative en ce qui concerne le boisseau haute pression.
[0101] Chaque boisseau 10, 30 comprend des passages internes pour conduire le gaz de travail entre la chambre de travail 5 et les ressources. Chaque passage interne présente deux extrémités qui débouchent à travers la paroi latérale d’un boisseau, chacune par au moins une ouverture. La distribution est agencée et configurée de façon que les mouvements rotatifs des boisseaux sont synchronisés avec le mouvement alternatif du piston, de façon que le gaz de travail peut traverser les boisseaux via les passages internes. Les ouvertures sont agencées et configurées pour coïncider sélectivement avec au moins une lumière pratiquée dans la culasse et au moins une lumière pratiquée dans un raccord fixe. On appelle embouchure l’ouverture en regard de la lumière de la culasse lors du passage du gaz de travail entre la chambre de travail et le boisseau ou inversement. On appelle orifice l’ouverture en regard d’un raccord lors du passage du gaz de travail entre le boisseau et ledit raccord ou inversement. Une embouchure ne peut pas servir d’orifice et inversement. Pour cela, les orifices présentent un décalage axial avec les embouchures. On appelle fenêtre d’embouchure l’ouverture en regard à la fois d’une embouchure et d’une lumière lors du passage du gaz de travail entre la chambre de travail et le boisseau ou inversement. On appelle fenêtre d’orifice l’ouverture en regard à la fois d’un orifice et d’un raccord lors du passage du gaz de travail entre le boisseau et ledit raccord ou inversement.
[0102] Selon un mode de réalisation d’un moteur comprenant un seul cylindre, le boisseau basse pression comprend :
[0103] - pour l’admission A, un passage interne comprenant une embouchure d’admission et un orifice d’admission,
- pour l’échappement D, un passage interne comprenant une embouchure d’échappement et un orifice d’échappement,
[0104] la partie de guidage du boisseau haute pression comprend, selon n’importe quel mode de réalisation de la partie de guidage :
[0105] - pour le transfert du gaz de travail depuis la chambre de travail 5 vers l’extrémité froide B de l’échangeur 6, un passage interne comprenant au moins une embouchure froide et au moins un orifice froid, pour le transfert du gaz de travail depuis l’extrémité chaude C de l’échangeur 6 vers la chambre de travail 5, un passage interne comprenant au moins une embouchure chaude et au moins un orifice chaud, et
[0106] la partie de distribution du boisseau haute pression comprend, selon n’importe quel mode de réalisation de la partie de distribution, au moins une fenêtre, dite fenêtre d’embouchure, pour le transfert du gaz de travail depuis la chambre de travail 5 vers l’extrémité froide B de l’échangeur 6, puis pour le transfert du gaz de travail depuis l’extrémité chaude C de l’échangeur 6 vers la chambre de travail 5.
[0107] La distribution à boisseau permet de réaliser le cycle thermodynamique dont les phases principales vont être décrites maintenant.
[0108] Les figures 2a, 2b et 2c illustrent schématiquement un moteur comprenant un boisseau haute pression réalisé selon premier un mode de réalisation particulier ; lesdites figures 2a, 2b et 2c montrant un boisseau haute pression comprenant deux embouchures et deux orifices agencés sur la paroi périphérique de la partie de guidage du boisseau haute pression.
[0109] Selon un premier mode de réalisation similaire à celui de la figure 9, le boisseau haute pression comprend deux embouchures froides 21 et deux embouchures chaudes 22 agencées sur la paroi périphérique de la partie de guidage 11, et deux fenêtres d’embouchures 17 agencées sur la paroi périphérique de la partie de distribution 16, chaque fenêtre 17 étant prévue pour se superposer successivement au-dessus d’une embouchure froide 21 puis une embouchure chaude 22, lors du fonctionnement. Selon un mode de réalisation, la partie de guidage comprend une seule embouchure froide et une seule embouchure chaude, et la partie de distribution comprend une seule fenêtre d’embouchure.
[0110] La figure 10, montre un boisseau haute pression conforme à la figure 9, pivoté d’un angle d’environ 180 degrés, comprenant un orifice froid 23 agencé sur la paroi périphérique de la partie de guidage 11, et une fenêtre d’orifice 19, dite fenêtre d’orifice froid, agencée sur la paroi périphérique de la partie de distribution 16, ladite fenêtre étant prévue pour se superposer sur ledit orifice lors du fonctionnement. Selon le premier mode de réalisation non représenté, mais similaire à celui de la figure 10, le boisseau haute pression comprend deux orifices, un orifice froid 23 et un orifice chaud 24 (voir figure 2c), agencés sur la paroi périphérique de la partie de guidage 11, et deux fenêtres d’orifice 19, une fenêtre d’orifice froid 19c (voir figures 2a, 2b) et une fenêtre d’orifice chaud 19h (voir figures 2b et 2c), agencées sur la partie de distribution. L’orifice froid 23 est décalé axialement par rapport aux embouchures froides 21 et chaudes 22. L’orifice chaud est décalé axialement par rapport aux embouchures froides 21 et chaudes 22. Cet agencement n’est pas limitatif. D’autres agencements des orifices sur la partie de guidage seront décrits plus en détail ci-dessous.
[0111] En outre, les figures 3, 4, 5, 6, 7 et 8 illustrent un premier boisseau haute pression selon un mode de réalisation et vu en coupe. Ces figures permettent de montrer la rotation de la partie de distribution du boisseau haute pression relativement à la partie de guidage dudit boisseau et relativement à la culasse du moteur, au cours du fonctionnement du moteur en complément des figures la, lb, 2a, 2b et 2c. En particulier, il est montré le déplacement angulaire d’une fenêtre d’embouchure 17, relativement aux embouchures froide 21 et chaude 22 et relativement à la lumière de la culasse.
[0112] En référence à la figure la, il est illustré la phase d’admission d’un gaz de travail dans la chambre de travail 5. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 10, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d’admission 32 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d’admission 34 de communiquer avec une lumière d’un raccord d’admission. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l’orifice d’admission 34 et l’embouchure d’admission 32 de façon à être admis dans la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Le gaz de travail est de préférence de l’air prélevé du milieu extérieur.
Lorsque le piston a atteint le point mort bas, le boisseau basse pression 30 a pivoté de façon que l’embouchure d’admission 32 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture admission).
[0113] Ensuite le piston remonte de sorte que le gaz de travail emprisonné est comprimé dans la chambre de travail. En référence aux figures 3 et 4, la synchronisation du piston 3 et de la partie de distribution 16 du boisseau haute pression 10 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation de la partie de distribution 16 s’effectue dans le sens des aiguilles d’une montre. La partie de distribution comprend une fenêtre, dite fenêtre d’embouchure 17. En référence à la figure 4, la fenêtre d’embouchure 17, dont la longueur d’ouverture est représentée par un arc de cercle en pointillés, se situe dans une position angulaire décalée de quelques degrés par rapport à l’embouchure froide 21, dont la longueur d’ouverture est représentée par une flèche à deux pointes opposées, et par rapport à la lumière 41 de la culasse, de façon qu’une partie de ladite fenêtre commence à s’intercaler entre l’embouchure froide 21 et ladite lumière 41.
[0114] En référence à la figure 2a, il est illustré une phase de fin compression du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 10, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation de la partie de distribution 16 du boisseau haute pression 10 permet à la fenêtre d’embouchure 17 de s’intercaler radialement entre une lumière de la culasse et une embouchure froide 21. En référence à la figure 5, la fenêtre d’embouchure 17 est centrée relativement à l’ouverture de l’embouchure froide 21. Cette position a pour effet de faire communiquer l’embouchure froide 21 de la partie de guidage avec la lumière de la culasse de façon que le gaz de travail pénètre dans le passage interne associé. Simultanément, la synchronisation permet à une fenêtre, dite fenêtre d’orifice froid 19c, de s’intercaler entre l’orifice froid 23 et une lumière d’un raccord de l’extrémité froide B de l’échangeur 6. Cette position a pour effet de faire communiquer l’orifice froid 23 et la lumière d’un raccord de l’extrémité froide B de l’échangeur 6 de façon que le gaz de travail pénètre dans ledit raccord. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l’embouchure froide 21 et l’orifice froid 23 de façon à être transféré vers l’échangeur 6 pour être échauffé. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. La synchronisation de la partie de distribution 16 du boisseau haute pression par rapport à la remontée du piston lors d’une compression est réglée de façon à limiter un phénomène défavorable de relativement haute pression dans la chambre de travail.
[0115] En référence à la figure 2b, la synchronisation du piston 3 et des boisseaux 10, 30 est telle que le piston 3 se situe au point mort haut, ou une position proche du point mort haut, pendant que la rotation de la partie de distribution du boisseau haute pression 10 permet à la fenêtre d’embouchure 17 de se positionner circonférentiellement simultanément en vis-à-vis partiel avec l’embouchure froide 21 et en vis-à-vis partiel avec l’embouchure chaude 22, de manière à réaliser une double circulation de gaz de travail à l’intérieur du boisseau haute pression. En référence à la figure 6, la fenêtre d’embouchure 17 se situe circonférentiellement entre l’embouchure froide 21 et l’embouchure chaude 22 de façon que ladite fenêtre 17 chevauche la paroi séparant le passage interne froid du passage interne chaud. L’embouchure froide 21 et l’embouchure chaude 22 de la partie de guidage 11 coïncident chacun au moins partiellement avec la même lumière 41 de la culasse.
[0116] Simultanément, la synchronisation permet à la fenêtre d’orifice froid 19c d’être positionnée partiellement en vis-à-vis avec l’orifice froid 23 et partiellement avec la même lumière d’un raccord de l’extrémité froide B de l’échangeur 6, que pré- cédemment. Un passage interne dit froid de la partie de guidage permet au gaz de travail d’être transféré de la chambre de travail vers l’échangeur 6, via l’extrémité froide B.
[0117] En outre, simultanément la synchronisation permet à une fenêtre d’orifice, dit fenêtre d’orifice chaud 19h, d’être positionnée partiellement en vis-à-vis avec un orifice chaud 24 et une lumière d’un raccord de l’extrémité chaude C de l’échangeur 6, de manière à faire coïncider au moins partiellement l’orifice chaud 24 avec une lumière d’un raccord de l’extrémité chaude C de l’échangeur 6. Un passage interne dit chaud, distinct du passage interne froid, permet au gaz de travail d’être transféré de l’échangeur 6, via l’extrémité chaude C, vers la chambre de travail 5.
[0118] Une communication entre l’extrémité froide B et l’extrémité chaude C de l’échangeur est alors établie de façon qu’une partie du gaz de travail entrant et une partie du gaz de travail sortant entrent en contact et se croisent. Du gaz de travail traverse encore le passage interne entre l’embouchure froide 21 et l’orifice froid 23, et du gaz de travail traverse le passage interne entre l’orifice chaud 24 et l’embouchure chaud 22. Le volume de gaz préalablement comprimé est en fait réparti dans le trajet entre l’extrémité froide B et l’extrémité chaude C de l’échangeur 6, le gaz de travail étant en cours d’échauffement grâce au fluide calo-cédant présent dans le trajet calo- cédant 61 de l’échangeur 6. Le gaz de travail échauffé sortant de l’embouchure chaude 22 commence à se détendre. Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse.
[0119] Ensuite, le gaz de travail échauffé sortant du boisseau haute pression se détend dans la chambre de travail. En référence à la figure 2c, la synchronisation du piston 3 et du boisseau haute pression 10 est telle que le mouvement du piston 3 est descendant pendant que la rotation de la partie de distribution 16 du boisseau haute pression 10 permet à la fenêtre d’embouchure 17 de s’intercaler radialement entre la lumière 41 de la culasse et l’embouchure chaude 22 de la partie de guidage. En référence à la figure 7, la fenêtre d’embouchure 17 est centrée relativement à l’ouverture de l’embouchure chaude 22. Cette position a pour effet de faire communiquer l’embouchure chaude 22 de la partie de guidage avec la lumière 41 de la culasse de façon que le gaz de travail puisse sortir du passage interne chaud pour pénétrer dans la chambre de travail.
[0120] Simultanément, la synchronisation du moteur permet à la fenêtre d’orifice chaud 19h de s’intercaler entre l’orifice chaud 24 et la lumière d’un raccord de l’extrémité chaude C. Cette position a pour effet de faire communiquer l’orifice chaud 24 avec la même lumière d’un raccord de l’extrémité chaude C de l’échangeur 6. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l’orifice chaud 24 et l’embouchure chaud 22 de façon à être transféré depuis l’échangeur 6 vers la chambre de travail pour être détendu.
[0121] Simultanément, aucune embouchure du boisseau basse pression ne communique avec une lumière de la culasse. Une fois que le piston a atteint le point mort bas, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. Selon un mode de réalisation, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse avant que le piston atteigne son point mort bas.
[0122] En référence à la figure lb, il est illustré une phase d’échappement du gaz de travail. La synchronisation du piston 3 et des boisseaux 10, 30 est telle que le mouvement du piston 3 est montant pendant que la rotation du boisseau basse pression 30 permet à une embouchure d’échappement 31 du boisseau basse pression de communiquer avec une lumière de la culasse et simultanément permet à un orifice d’échappement 33 de communiquer avec une lumière d’un raccord d’échappement. Le gaz de travail traverse le passage interne entre l’embouchure d’échappement 31 et l’orifice d’échappement 33 de façon à être expulsé de la chambre de travail 5. Simultanément, aucune embouchure du boisseau haute pression ne communique avec une lumière de la culasse. En référence à la figure 8, la rotation, dans le sens des aiguilles d’une montre, de la partie de distribution est telle que la fenêtre d’embouchure 17 est décalée angulairement de quelques degrés de manière que cette dernière n’est plus et n’est pas en vis-à-vis, même partiellement avec l’embouchure chaude 22. Le gaz de travail est rejeté dans le milieu extérieur. Lorsque le piston a atteint le point mort haut, le boisseau basse pression a pivoté de façon que l’embouchure d’échappement 31 du boisseau basse pression ne communique plus, même partiellement, avec une lumière de la culasse (hors éventuel retard de fermeture échappement).
[0123] Grâce au boisseau, les transferts du gaz de travail sont brefs et s’opèrent à travers une section de passage suffisamment grande pour minimiser les pertes de charge. De plus, les transferts thermiques entre le gaz de travail et les parois du boisseau haute pression sont minimisés, en particulier concernant le gaz provenant de l’extrémité chaude de l’échangeur et se dirigeant vers la chambre de travail. En outre, comme le cycle thermodynamique peut être réalisé dans un seul cylindre, le moteur présente un très faible encombrement par rapport au moteur à source chaude externe de l’art antérieur.
[0124] En outre les embouchures chaudes 22 et les embouchures froides 21 sont écartées le long de la circonférence du boisseau d’un débattement angulaire très faible, par exemple 5 à 15 degrés. Le débattement angulaire est choisi de façon à ce qu’une lumière 41 puisse communiquer simultanément avec une embouchure froide et une embouchure chaude.
[0125] Par exemple, chaque embouchure chaude présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 20 et 50 degrés, de préférence entre 25 et 35 degrés. Etant donné que le moteur réalise quatre phases principales et que les passages internes sont séparés par des parois d’épaisseur non -nulle, ces valeurs sont choisies selon un compromis entre le besoin d’une grande section de passage du flux de gaz de travail, la réduction des pertes de charges et l’encombrement (diamètre et longueur du boisseau). Chaque embouchure froide présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 10 et 40 degrés, de préférence entre 20 et 30 degrés.
[0126] En outre chaque lumière présente, le long de la circonférence de la surface de réception 40, une ouverture angulaire comprise, par exemple, entre 15 et 30 degrés.
[0127] De préférence, chaque orifice présente, le long de la circonférence du boisseau, une ouverture angulaire comprise entre 100 et 350 degrés, de préférence entre 120 et 150 degrés.
[0128] On va maintenant décrire deux autres modes de réalisation spécifiques du boisseau haute pression, qui seront décrits dans leurs différences avec le mode de réalisation ci- dessus. Les deux boisseaux hautes pressions décrits ci-après sont agencés pour coopérer avec un seul cylindre, voir figures 11 et 16.
[0129] En référence aux figures 9, 10, 11, 12 et 13, il est représenté un deuxième mode de réalisation d’un boisseau haute pression du type comprenant une partie de guidage présentant un orifice froid radial et un orifice chaud axial.
[0130] Le boisseau haute pression 10 comprend une partie de guidage 11 présentant la forme d’un cylindre. La partie de guidage comprend une embase agencée à une extrémité, afin de la fixer à la culasse. La partie de guidage 11 comprend sur sa surface périphérique deux embouchures, dites embouchures froides 21, adjacentes et alignées axialement. Elle comprend en outre deux autres embouchures, dites embouchures chaudes 22, adjacentes et alignées axialement. Les embouchures froides 21 sont alignés circonférentiellement avec les embouchures chaudes 22. Les embouchures présentent une forme rectangulaire. Les embouchures froides et chaudes présentent chacune une forme sensiblement rectangulaire dont la dimension longitudinale s’étend dans une direction qui est parallèle à l’axe du boisseau. La forme et les dimensions d’ouverture des embouchures froides sont sensiblement identiques à la forme et aux dimensions d’ouverture des embouchures chaudes.
[0131] Le boisseau haute pression 10 comprend une partie de distribution présentant la forme d’un tube. La partie de distribution comprend un arbre de pivotement 26 qui est agencé à une extrémité de ladite partie de distribution. La partie de distribution comprend sur sa surface périphérique deux fenêtres, dites fenêtres d’embouchures 17, alignées axialement. Les fenêtres d’embouchures 17 présentent une forme et des dimensions d’ouverture sensiblement identiques à la forme et aux dimensions des embouchures. En outre, l’espacement axial des fenêtres est identique à celui des embouchures 21, 22.
[0132] La figure 10 représente le boisseau de la figure 9 pivoté angulairement d’environ 180 degrés. La partie de guidage 11 comprend sur sa surface périphérique un seul orifice, dit orifice froid 23. Au regard de la figure 9, l’orifice froid 23 est décalé axialement par rapport aux embouchures froides 21 et chaudes 22. L’orifice froid 23 présente une forme rectangulaire dont la dimension longitudinale s’étend dans une direction qui est orthogonal ou circonférentielle à l’axe du boisseau. La partie de distribution 16 comprend sur sa surface périphérique, une fenêtre, dite fenêtre d’orifice 19. La fenêtre d’orifice 19 présente une forme et des dimensions d’ouverture sensiblement identique à la forme et aux dimensions d’ouverture de l’orifice chaud.
[0133] En référence aux figures 9, 10, 11, 12 et 13 la partie de distribution est prévue pour recouvrir et entourer la partie de guidage.
[0134] Les figures 11, 12 et 13 représentent le cheminement des passages internes de la partie de guidage du boisseau haute pression conforme aux figures 9 et 10. En outre, la partie de guidage comprend un orifice chaud 24 débouchant sur une extrémité transversale, ou face axiale, de la partie de guidage.
[0135] Au premier plan des figures 11 et 12, il est représenté le cheminement de deux conduits s’étendant depuis deux embouchures froides 21. Les deux conduits se rejoignent afin de former un seul conduit jusqu’à l’orifice froid 23, formant les passages internes froids. Comme les figures 11 et 12 illustrent chacune une phase de transfert de gaz de travail vers l’extrémité froide d’un échangeur, comme la figure 2a, les fenêtres d’embouchures 17 coïncident avec les embouchures froides 21, et la fenêtre d’orifice 19 coïncide avec l’orifice froid 23. Au second plan, il est représenté les passages internes chauds.
[0136] En référence à la figure 13, il est représenté, au premier plan, le cheminement de deux conduits s’étendant depuis deux embouchures chaudes 22. Les deux conduits se rejoignent afin de former un seul conduit jusqu’à l’orifice chaud 24, formant les passages internes chauds. Au second plan, il est représenté les passages internes froids.
[0137] Ce mode de réalisation a pour avantage de dissocier davantage les flux chauds des flux froids et ainsi de minimiser les transferts thermiques entre ces deux flux.
[0138] Selon une variante de réalisation non représentée, le boisseau haute pression comprend une partie de guidage présentant un orifice froid axial et un orifice chaud radial.
[0139] En référence aux figures 14, 15 et 16, il est représenté un troisième mode de réalisation d’un boisseau haute pression du type comprenant une partie de guidage présentant un orifice froid axial et un orifice chaud axial. Ce mode de réalisation sera décrit dans ses différences avec le mode de réalisation ci-dessus.
[0140] Les orifices froid 23 et chaud 24 sont chacun agencés sur une face ou extrémité transversale de la partie de guidage 11. Le cheminement des passages internes froids et chauds est respectivement tel que des conduits s’étendent depuis deux embouchures et se rejoignent pour former un seul conduit qui débouche à une extrémité axiale de la partie de guidage 11, voir figure 16. En référence à la figure 15, les passages internes chaud et froid sont agencés dans la partie de guidage de manière sensiblement symétrique par rapport à un plan passant par l’axe de la partie de guidage.
[0141] En référence à la figure 14, l’absence d’orifice agencé radialement permet de réaliser un boisseau haute pression d’une longueur inférieure par rapport aux autres modes de réalisation. En outre, la partie de distribution comprend seulement des fenêtres d’embouchure.
[0142] Selon un mode de réalisation particulier et en référence à la figure 14, chaque embouchure comprend un meneau 25 divisant en deux l’ouverture de l’embouchure. Dans ce cas, deux conduits s’étendent depuis une embouchure, voir figures 15 et 16.
[0143] Selon un mode de réalisation, compatible avec les trois modes de réalisation du boisseau haute pression, la partie de distribution 16 est entraîné en rotation par une poulie 28 qui met en mouvement la partie de distribution 16 par l’intermédiaire de l’arbre de pivotement 26, voir figures 11, 12, 13 et 16.
[0144] Selon un mode de réalisation particulier, compatible avec les trois modes de réalisation du boisseau haute pression, la partie de guidage 11 comprend une cavité 27 agencée entre les passages internes chauds et froids, voir les figures 11 et 16. La cavité 27 est destinée à recevoir et emmagasiner un gaz chaud. Cette caractéristique permet de conserver la plus haute température possible concernant les gaz de travail provenant de l’extrémité chaude de l’échangeur et se dirigeant vers la chambre de travail.
[0145] De préférence, le boisseau haute pression comprend des dispositifs d’étanchéité disposés entre la partie de guidage et la partie de distribution. En référence aux figures 5 à 8, les dispositifs d’étanchéité présentent la forme de plaque courbée en arc de cercle de manière à s’insérer entre la partie de guidage et la partie de distribution. Chaque dispositif d’étanchéité comprend une entaille à chaque extrémité de manière à réaliser une surépaisseur centrale qui est prévue pour être disposée dans un logement 13 de dispositif d’étanchéité agencé sur la surface périphérique de la partie de guidage, voir figures 9 et 14.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Boisseau (10) pour moteur à source chaude externe (1) du type comprenant :
- au moins un cylindre (2),
- un piston (3) mobile en va et vient dans le cylindre (2),
- une culasse (4) définissant, avec le piston (3) et le cylindre (2), une chambre de travail (5) pour un gaz de travail,
- une distribution, comprenant ledit boisseau, montée dans la culasse (4) et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail avec différentes ressources, caractérisé en ce que le boisseau (10) comprend deux parties coaxiales
- une partie de guidage (11) du gaz de travail, comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure (21, 22) qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière (41) pratiquée dans la culasse (4), et
- une partie de distribution (16) du gaz de travail, disposée en périphérie de la partie de guidage (11) et mobile par rapport à la partie de guidage (11), la partie de distribution comprenant au moins une fenêtre (17) qui fait sélectivement communiquer la chambre de travail (5) avec au moins un desdits passages internes de façon que le gaz de travail s’écoule sélectivement entre la chambre de travail (5) et les différentes ressources.
[Revendication 2] Boisseau (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de guidage (11) est fixe par rapport au moteur (1).
[Revendication 3] Boisseau (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie de guidage (11) comprend au moins un orifice (23, 24) agencé à l’extrémité d’un passage interne opposée à l’au moins une embouchure (21, 22), de façon que les passages internes débouchent à travers une paroi de la partie de guidage (11) du boisseau (10) par l’au moins un orifice (23, 24) qui permet au passage interne de communiquer avec un raccord fixe (60, 70) correspondant.
[Revendication 4] Boisseau (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’au moins un orifice (23, 24) est agencé sur une paroi périphérique de la partie de guidage (11).
[Revendication 5] Boisseau (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’au moins un orifice (23, 24) comprend deux orifices : un orifice (23, 24) agencé sur une paroi périphérique de la partie de guidage (11) et un orifice (23, 24) agencé sur une paroi transversale de la partie de guidage (11).
[Revendication 6] Boisseau (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’au moins un orifice (23, 24) est agencé sur une paroi transversale de la partie de guidage (11).
[Revendication 7] Boisseau (10) selon l’une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que la partie de distribution (16) est de forme générale tubulaire, et en ce que la partie de distribution (16) comprend au moins une fenêtre (17) agencée et configurée pour sélectivement s’aligner, au cours d’une rotation de ladite partie, avec au moins un orifice (23, 24) de la partie de guidage (11) du boisseau.
[Revendication 8] Boisseau (10) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la partie de distribution (16) est de forme générale tubulaire, et en ce que la partie de distribution (16) comprend au moins une fenêtre (17) dirigée radialement agencée pour sélectivement s’aligner avec au moins une embouchure (21, 22), et au moins une fenêtre (17) dirigée radialement agencée pour s’aligner avec au moins un orifice (23, 24).
[Revendication 9] Boisseau (10) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la partie de distribution (16) est de forme générale tubulaire.
[Revendication 10] Boisseau (10) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie de distribution (16) comprend au moins une fenêtre (17) dirigée radialement agencée et configurée pour, au cours d’une rotation de ladite partie, sélectivement s’aligner avec au moins une embouchure (21, 22) de la partie de guidage (11) du boisseau.
[Revendication 11] Boisseau (10) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la partie de distribution (16) comprend, pour un cylindre (2), une même fenêtre (17) dirigée radialement, faisant sélectivement communiquer l’un ou l’autre de deux passages internes avec la chambre de travail (5).
[Revendication 12] Boisseau (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de guidage (11) comprend au moins une cavité (27) agencée entre les passages internes de la partie de guidage (11), la cavité (27) formant une canalisation dirigée axialement.
[Revendication 13] Moteur à source chaude externe (1) comprenant :
- au moins un cylindre (2),
- un piston (3) mobile en va et vient dans le cylindre (2), en étant relié à un arbre moteur,
- une culasse (4) définissant, avec le piston (3) et le cylindre (2), une chambre de travail (5) pour un gaz de travail,
- une distribution montée dans la culasse (4) et faisant sélectivement communiquer la chambre de travail (5) avec les ressources suivantes :
- une admission (A) de gaz de travail,
- une extrémité froide (B) d’un échangeur de chaleur (6),
- une extrémité chaude (C) de l’échangeur de chaleur (6),
- un échappement (D), caractérisé en ce qu’il comprend au moins un premier boisseau (10) agencé selon l’une des revendications précédentes.
[Revendication 14] Moteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend un second boisseau (30), dit basse pression, commandant la communication sélective de la chambre de travail (5) avec l’admission (A) et l’échappement (D), le second boisseau (30) comprenant des passages internes débouchant radialement par au moins une embouchure (31, 32) qui communique sélectivement avec la chambre de travail (5) par au moins une lumière (41) pratiquée dans la culasse (4).
[Revendication 15] Moteur (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le second boisseau (30) comprend un orifice dirigé radialement et un orifice dirigé axialement, chaque orifice étant agencé à l’extrémité du passage interne correspondant opposée à son embouchure.
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