FR2515253A1 - Machine thermique pouvant fonctionner en moteur ou en pompe a chaleur - Google Patents

Abstract

CE MOTEUR THERMIQUE COMPREND UN CARTER FERME 10 AYANT DES PAROIS INTERNES 11 DELIMITANT UNE CHAMBRE 12 ET DES SURFACES DE TRANSFERT THERMIQUE 13 SITUEES AUTOUR DES PAROIS INTERNES, UN PISTON ROTATIF 20 MONTE ROTATIF DANS LA CHAMBRE 12 ET DELIMITANT UN ESPACE 21 DE TRAVAIL ENTRE LUI-MEME ET LES PAROIS INTERNES, LEDIT ESPACE DE TRAVAIL ETANT DEPLACE AUTOUR DES PAROIS INTERNES DE LA CHAMBRE LORSQUE LE PISTON ROTATIF 20 TOURNE A L'INTERIEUR DE LA CHAMBRE 12, L'ESPACE DE TRAVAIL 21 CONTENANT EN SERVICE UN FLUIDE DE TRAVAIL SOUMIS A DES VARIATIONS DE PARAMETRES THERMODYNAMIQUES, ET DES MOYENS 30 DE MODIFICATION DE VOLUME QUI AGISSENT POUR MODIFIER CYCLIQUEMENT LE VOLUME DE L'ESPACE 21 DE TRAVAIL D'UNE FACON PREDETERMINEE AU FUR ET A MESURE QUE LE PISTON ROTATIF 20 TOURNE A L'INTERIEUR DE LA CHAMBRE.

Description

La présente invention est relative aux moteurs thermiques et elle concerne

plus particulièrement les

moteurs qui fonctionnent avec des cycles thermodynami-

ques efficaces.

On donnera ci-aîrès à titre d'arrière plan de

l'invention une courte description des cycles thermo-

dynamiques considérés comme idéals.

Comme cela est bien connu dans la technique, les cycles de Otto, Diesel et mixte présentent tous un rendement thermodynamique inférieur à l'efficacité

du cycle de Carnot basé sur les températures maxi-

males et minimales dans le cycle.

Le cycle de Carnot n'est pas particulièrement séduisant en temps que base pour un moteur à mouvement

alternatif utilisant un gaz parfait en tant que flui-

de travail, du fait que la pression moyenne efficace du cycle est très faible Ceci ressort de l'aspect étroit du cycle sur le diagramme pressionvolume de

la Fig la.

Il est d'autres cycles présentant le rendement de Carnot qui ne présentent pas ce défaut Le cycle consistant

en deux processus à volume constant et en deux iso-

thermes est le cycle Stirling (Fig lb) La chaleur

fournie pendant les processus 2 et 3 est égale en quan-

tité à la chaleur rejetée pendant les processus 4-1.

La température du fluide varie entre les mêmes limites

pendant ces deux processus Il est par conséquent théo-

riquement possible que la chaleur rejetée, Q 41 soit renvoyée au fluide de travail comme Q 23 D'une façon idéale, ce transfert de chaleur peut être effectuée de

façon réversible dans un régénérateur.

Dans un régénérateur parfait, la seule chaleur ajou-

tée provenant d'une source externe pendant le cycle

est celle qui est transférée pendant le processus iso-

therme 3-4 (c'est-à-dire suivant Ta), et la seule cha-

leur rejetée dans un dissipateur de chaleur externe

est la quantité transférée pendant le processus iso-

therme 1-2 (c'est-à-dire suivant Tb) Il s'ensuit que

le rendement du cycle est Ta Tb/Ta La pression moyen-

ne efficace de ce cycle est bien supérieure à celle du cycle de Carnot et est comparable à celle du cycle Otto. Un cycle similaire, le cycle Erricsson, consiste en deux processus à pression constante et en deux isothermes voir Fig lc Dans ce cas, la chaleur rejetée pendant un processus à pression constante est renvoyée au fluide de travail par l'intermédiaire d'un

régénérateur pendant l'autre processus à pression cons-

tante et le cycle présente de nouveau le rendement de

Carnot.

Le moteur thermique suivant l'invention a été principalemnt conçu pour fonctionner avec des cycles thermodynamiques réversibles tels que les cycles de Stirling, Ericsson et de Carnot, ou similaires à

ces cycles.

L'un des buts de l'invention est de fournir un

moteur thermique relativement simple et efficace fonc-

tionnant avec un cycle thermodynamique efficace.

Un but préféré de l'invention est de réaliser un

moteur thermique pouvant fonctionner de façon réversi-

ble sur un cycle thermodynamique efficace de façon à pouvoir fonctionner en tint que source de puissance mécanique ou comme pompe à chaleur, par exemple pour

la réfrigération.

L'invention a pour objet à cet effet un moteur thermique comprenant: un carter fermé ayant des parois internes délimitant une chambre et-des surfaces de

transfert de chaleur disposées autour des parois in-

ternes, un piston m o N t é r o t a t i f dans la chambre et délimitant un espace de travail entre 1 u i même et les parois internes, cet espace de travail étant déplacé autour des parois internes de la chambre lorsque ledit piston tourne dans la chambre, l'espace de travail contenant en service un fluide de travail qui est soumis à des variations de paramètres thermodynamiques; et des iryens de modification de volume

agissant pour modifier cycliquement le volume de l'espa-

ce de travail d'une façon prédéterminée lorsque le pis-

ton tourne dans la chambre.

En fonctionnement, les surfaces de transfert de chaleur sont de préférence agencées pour être maintenues à des températures différentes suivant le trajet de déplacement de l'espace de travail Le carter du moteur

thermique comprend de préférence un dispositif régéné-

rateur agissant pour transférer de la chaleur entre des parties différentes du carter, vers ces parties ou en provenance de celles-ci, et ainsi entre des parties différentes des surfaces de transfert de chaleur, vers

celles-ci et en provenance de celles-ci.

Suivant un agencement préféré, la chambre présente dans son ensemble une forme cylindrique et le piston rotatif west monté de façon à tourner autour de l'axe central de la chambre Les surfaces de transfert de chaleur peuvent être définies au moins en partie par des parties de surfaces qui s'étendent d'une façon

générale circonférentiellement et qui font saillie ra-

dialement vers l'intérieur depuis les parois de la cham-

bre Pour inhiber le transfert de chaleur circonféren-

tielle à travers les parties de surface, chaque partie de surfaces peut être au moins partiellement isolée de

chaque partie de surface circonférentiellement adjacen-

te Ceci peut être réalisé en prévoyant des fentes radiales d'espacement entre des parties adjacentes de surfaces. Le piston rotatif peut comporter des parties

2 515253

de surfaces s'étendant circonférentiellement qui font saillie dans leur ensemble radialement vers l'extérieur

sur la circonférence du piston et qui sont complémentai-

res des portions de surfaces de transfert de chaleur de sorte que le piston est étroitement ajusté dans la

chambre dans le carter.

L'espace de travail est de préférence délimité entre les parois internes de la chambre et une partie de la surface externe du piston qui ne comporte pas lesdites parties de surfaces s'étendant radialement

vers l'extérieur Suivant un mode de réalisation possi-

ble, les moyens pour modifier le volume comprennent un piston monté à mouvement alternatif dans un cylindre dans le piston rotatif, une extrémité du cylindre étant ouverte sur la surface externe du piston rotatif à l'emplacement de l'espace de travail, de telle sorte que le mouvement de va-et-vient du piston dans le cylindre modifie le volume de l'espace de travail On remarquera cependant qu'il peut être prévu plus d'une combinaison piston/cylindre dans le piston rotatif et/ou dans lesparois internes de la chambre afin de

modifier le volume de l'espace de travail.

Suivant le mode de réalisation préféré, le piston est

couplé au moyen d'un dispositif de liaison à un-point a'entiel-

lage principal qui est décalé par rapport à l'axe de

rotation du piston rotatif de sorte que lorsque ce der-

nier tourne, le piston à mouvement alternatif se déplace dans le cylindre Pour obtenir un cycle thermodynamique

préférable, le moteur peut en outre comprendre un méca-

nisme à manivelle de superposition qui superpose un mou-

vement à celui du piston principal provoqué par la liai-

son avec le point d'embiellage principal,le mécanisme à manivelle

de superposition comprenant un point d'embiellage secon-

daire auquel le piston est relié, ce point secondaire étant déplacé cycliquement par rapport au point principal lors de la rotation du piston rotatif de façon à produire un mouvement du piston alternatif dans lequel un volume de l'espace de travail qui est dans son ensemble constant est maintenu temporairement aux deux limites du mouvement du piston tandis que le

piston rotatif continu de tourner.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in-

vention apparaîtront au cours de la description qui va

suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: les Fig la, lb et lc sont des diagrammes montrant

le rapport pres 3 ion/volume pour les cycles thermodynami-

ques de Carnot, de Stirling et d'Erricson décrits ci-des-

sus;

la Fig 2 est une vue latérale schématique en cou-

pe d'un moteur thermique suivant un premier mode de réa-

lisation préféré de l'invention; la Fig 3 est une vue en coupe du moteur thermique représenté à la Fig 2 suivant la ligne III-III de cette dernière; la Fig 4 est une vue latérale schématique en coupe d'un second mode de réalisation du moteur thermique suivant l'invention; la Fig 5 est une vue en coupe suivant la ligne

V-V de la Fig 4.

En se référant maintenant au mode de réalisation représenté aux Fig 2 et 3, le moteur thermique comprend

un carter fermé 10 ayant des parois internes 11 qui déli-

mitent une chambre 12 Des surfaces 13 de transfert ther-

mique sont dispo,ées autour des parois internes 11 Le carter externe fermé 10 peut être réalisé en un matériau quelconque approprié pour délimiter l'enceinte fermée et assurer le fonctionnement aux températures et aux pressions rencontrées Comme représenté, le carter 10 peut présenter dans son ensemble la forme d'un tambour de telle sorte que la chambre 12 est dans son ensemble cylindrique et que les surfaces 13 de transfert de

chaleur sont dans leur ensemble disposées circonféren-

tiellement autour de la chambre cylindrique 12.

Les surfaces 13 de transfert thermique sont définies au moins en partie par des parties de surfaces 14 s'étendant d'une façon générale circonférentiellement et qui font saillie radialement vers l'intérieur sur

les parois 11 de la chambre Chaque partie 14 de sur-

face est au moins partiellement isolée de chaque partie de surface 14 circonférentiellement adjacente de façon

à inhiber un transfert de chaleur dans le sens circonfé-

rentiel à travers lesdites parties de surface Comme on le voit à la Fig 2, ce résultat est obtenu au

moyen de séparations 15 qui s'étendent à peu près ra-

dialement -entre les parties de surfaces 14 adjacentes.

Les parois il du carter 10 peuvent également constituer

des surfaces de transfert de chaleur.

Le moteur thermique comprend également un piston

rotatif 20 monté rotatif dans la chambre 12 et délimi-

tant un espace 21 de travail entre lui-même et les pa-

rois internes 11 L'espace 21 est déplacé autour des parois internes 11 de la chambre au fur et à mesure que le piston 20 tourne dans la chambre 12 L'espace 21 contient en service un fluide de travail qui est

soumis à des variations de paramètres thermodynamiques.

Les surfaces 13 de transfert thermique sont agencées pour être maintenues à des températures différentes autour du trajet de l'espace 21 de travail afin de faciliter l'écoulement de la chaleur vers le fluide de travail et en provenance de celui-ci dans l'espace de travail 21 Par exemple, la circonférence de la chambre 12 comportant les surfaces 13 de transfert thermique peut être exposée à des températures différentes depuis des zones de basse température en passant par des zones

2 515253

de température croissantes jusqu'à des zones de température élevées et en passant par des zones de température décroissantes, sur la totalité de la circonférence. Le fluide de travail dans l'espace 21 peut être un gaz tel que de l'hélium ou de l'hydrogène et le gaz de travail est de préférence sous une pression supérieure à la pression atmosphérique Le fluide de

travail est exposé à des pressions et à des températu-

res différentes sur toute l'étendue du cycle thermo-

dynamique du moteur.

Le piston rotatif 20 est monté rotatif autour de l'axe central de la chambre 12 Comme on le voit mieux à la Fig 3, le piston rotatif 20 est monté rotatif sur des tourillons 22, 23 qui font saillie axialement à travers les parois 11 du carter, les sections transversales des deux tourillons 22, 23 étant égales aux emplacements o ils font saillie à travers les parois 11 du carter de telle sorte que les forces s'exerçant sur les tourillons 22, 23 et produites par une différence quelconque des pressions

du fluide entre l'intérieur et l'extérieur du car-

ter 10 soient équilibrées Des paliers et des joints

appropriés sont bien entendu prévus pour les touril-

lons 22, 23 bien que ceux-ci ne soient pas représentés

aux dessins.

Si on le désire, le piston rotatif 20 peut avoir une masse relativement grande de façon à agir comme un volant d'inertie pour diminuer les

variations de sa vitesse angulaire.

Le carter 10 comprend un dispositif régénéra-

teur 25 qui agit pour transférer de la chaleur entre les différentes parties du carter 10 ou vers ou en

provenance de ces différentes parties, et ainsi en-

tre différentes parties des surfaces 13 de transfert

thermique, vers celles-ci ou en provenance de celles-

ci Le moteur peut comporter plusieurs dispositifs régénérateurs classiques Par exemple, le dispositif régénérateur 25 peut comprendre un fluide de transfert de chaleur qui circule dans ce dispositif de façon à assurer le transfert thermique En variante (ou de

plus),il peut être prévu un agencement de moteur ther-

mique comprenant deux moteurs thermiques suivant la

présente invention, les deux moteurs pouvant fonction-

ner dans des directions différentes et être montés adjacents l'un à l'autre de telle sorte qu'un transfert thermique régénérateur puisse se produire entre les deux moteurs thermiques Ceci signifie que les deux moteurs seraient montés côte à côte avec les parties respectives des deux carters 10 qui peuvent bénéficier le plus de la régénération étant disposées lesplus proches possible les unes des autres aux fins d'assurer

le transfert thermique.

Un autre dispositif régénérateur possible peut

comprendre des moyens pour acheminer le fluide de tra-

vail vers l'espace 21 de travail ou en provenance de celui-ci et depuis une partie du moteur vers une autre

partie de celui-ci Dans ce cas, le dispositif régénéra-

teur peut consister en des conduits ou des tuyaux et comprend de préférence une pompe pour favoriser la

circulation du fluide de travail.

Le piston rotatif 20 représenté aux Fig 2 et 3 comporte des parties de surfaces 27 qui s'étendent dans leur ensemble radialement vers l'extérieur depuis la circonférence du piston rotatif 20 et qui présentent une forme qui est à peu près complémentaire de celle des parties 13 de surfacesde transfert thermique de telle sorte que le piston rotatif 20 est étroitement ajusté dans la chambre 12 dans le carter 10 Comme on le voit mieux à la Fig 3, les parties de surface 27

présentent dans leur ensemble la forme de bagues annu-

laires qui sont imbriquées avec les parties de surfaces 14 du carter 10 Le piston rotatif 20 tourne en service dans le carter 10 et la puissance est transmise au moteur ou à partir de celui-ci au moyen du piston rotatif Par exemple, le tourillon 22 peut constituer une prise de

force ou un arbre d'entrée.

L'espace 21 de travail est délimité entre les parois internes 11 de la chambre 12 et une partie 28 de la surface externe du piston 20 qui ne présente pas de parties 27 de surface s'étendant radialement vers l'extérieur Ceci signifie que la partie 28 de la surface du piston 20 est constituée par un segment ou une section de la circonférence du piston dont les bagues annulaires 27 sont supprimées ou de volume réduit de manière que le fluide de travail se trouvant dans le reste de l'espace 21 soit transporté autour de la circonférence de la chambre 12 et à travers les différentes zones de températures au fur et à mesure que

le piston 20 tourne.

Le moteur thermique peut également comprendre des moyens 30 de modification du volume qui agissent pour modifier cycliquement le volume de l'espace 21 de travail d'une façon prédéterminée au fur et à mesure que le piston 20 tourne dans la chambre 12 Les moyens de modification du volume qui sont représentés aux dessins comprennent un piston 31 à mouvement alternatif monté pour se déplacer dans un cylindre 32 du piston , une extrémité du cylindre 32 débouchant sur la surface externe du piston 20 dans la surface 28 de l'espace 21 de travail, de telle sorte que le mouvement de va-et-vient du piston 31 dans le cylindre 32 modifie

2515253

le volume de l'espace 21 Grâce à cet agencement, les

pistons de cylindre sont transportés avec le piston ro-

tatif 20 lorsque celui-ci tourne à l'intérieur de la chambre. La position du piston 31 dans le cylindre 32 est déterminée par un ensemble mécanique qui agit pour

astreindre le piston à décrire son mouvement de va-

et-vient au fur et à mesure que le piston 20 tourne.

Le mécanisme représenté aux Fig 2 et 3 comprend un dispositif de liaison 33 au moyen duquel le piston 31

est couplé à un point d'embiellage principal 34 déca-

lé par rapport à l'axe de rotation du piston 20 de manière que lorsque celui-ci tourne, le piston 31 décrive son mouvement de va-et-vient dans le cylindre 32 Le dispositif de liaison 33 comprend en particulier une manivelle 35 (qui sera désignée dans la suite par manivelle principale 35) et une bielle 36 entre la manivelle pricnipale 35 et le piston 31 La manivelle principale 35 est reliée à un arbre 37 qui s'étend axialement à l'extérieur du carter 10 Le maneton excentrique entre la manivelle principale 35 et la bielle 36 constitue le point principal d'embiellage 34. On comprend que le point d'embiellage principal peut être maintenu dans une position fixe par rapport au carter 10 et que lorsque le piston rotatif 20 tourne,le il

piston 31 à mouvement alternatif se déplace dans le cyclin-

dre 32 en achevant un cycle pour chaque révolution complète du piston rotatif 20 Bien que l'on pense que le point 34 soit fixe en position lors du fonctionnement du moteur le point d'embiellage 34 est de préférence déplacé sélec- tivement de façon à permettre une variation et un réglage

sélectifs de la nature du cycle de fonctionnement du moteur.

Cette modification du cycle de fonctionnement peut être

obtenue par des réglages angulaires de l'arbre 37 de la mani-

velle Bien entendu il peut être souhaitable de modifier la position du point 34 en cours de fonctionnement du moteur afin d'obtenir une variation sélective du rendement, de la

puissance de sortie etc du moteur.

En se référant maintenant aux Fig 4 et 5 qui mon-

trent un second mode de réalisation possible d'un moteur

thermique suivant l'invention, on a utilisé les mêmes réfé-

rences qu'aux Fig 2 et 3 pour désigner les composants cor-

respondants Le moteur représenté aux Fig 4 et 5 comprend un mécanisme 40 de manivelle, de superposition, qui agit

pour superposer un mouvement au mouvement principal du pis-

ton 31 qui est dû à la liaison avec le point d'embiellage-

principal 34 Le mécanisme 40 à manivelle comprend un point d'embiellage secondaire 41 auquel le piston 31 est relié,

ce point secondaire 41 étant mobile cycliquement par rap-

port au point d'embiellage principal 34 pendant la rotation du piston rotatif 20 Ce mouvement de superposition peut

produire un mouvement du piston 31 au moyen duquel un vo-

lume à peu près constant de l'espace de travail 21 est maintenu temporairement aux deux limites de la course du

piston 31 tandis que le piston rotatif 20 continue de tourner.

Comme on le comprend en observant les Fig 4 et 5, la liai-

son du piston 31 au point d'embiellage principal 34 produit

un mouvement alternatif principal du piston 31 dans le cy-

lindre 32 qui est dans son ensemble sinusoidal et la liai-

son du piston 31 au point d'embieilage secondaire 41

12 2515253

a pour résultat la superposition d'un mouvement alternatif secondaire d'amplitude relativement faible qui est dans son ensemble sinusoïdal De préférence la fréquence du mouvement alternatif secondaire est égale à trois fois la fréquence du mouvement alternatif principal afin de pro-

duire un cycle de fontionnement du moteur qui soit étroi-

tement voisin d'un cycle thermodynamique idéal, en parti-

culier du cycle Stirling.

Le mécanisme particulier de suterposition 40 à mani-

velle représenté aux Fig 4 et 5 comprend un pignon 42 qui est monté rotatif autour d'un axe passant par le point d'embiellage 34 Le piston 31 à mouvement alternatif est relié au point d'embiellage secondaire 41 qui est constitué par un point décalé radialement sur le pinon 42 Le pignon

42 engrène avec une couronne circulaire dentée ou crémail-

lère 43 montée sur le piston rotatif 20 de telle sorte que tandis que ce piston termine une révolution, le pignon

42 effectue trois révolutions.

Comme pour la manivelle principale 35 des Fig 2 et 3, on pense que la couronne circulaire ou crémaillère 43 doit être fixée en position sur le piston rotatif 20 en cours du fonctionnement du moteur Cependant, de préférence, la couronne circulaire 43 peut être tournée sélectivement par

rapport au piston rotatif 20 de façon à permettre une va-

riation et un réglage sélectif de la nature du cycle de fonctionnement du moteur En particulier, la rotation de la couronne 43 modifie la phase du mouvement superposé assuré par la rotation du piston 42 par rapport à la phase

de l'oscillation principale du piston alternatif 31 assu-

ré par la manivelle principale 35 Ainsi,le mode de réalisa-

tion préféré du moteur représenté aux Fig 4 et 5 permet

une modification importante de la nature du cycle thermo-

dynamique suivant lequel le moteur thermique fonctionne.

On remarquera que différentes additions et modifica-

tions peuvent être apportées à la construction et à l'agen-

cement tels que décrits en référence aux Fig 2 à 5 Par le volume intérieur du piston rotatif 20 peut constituer

2515253 -

une zone d'amortissement pour les moyens 30 de m Ddification du volume, c'est-à-dire en arrière du piston alternatif 31,

de sorte que la force agissant sur les moyens 30 de modifi-

cation du volume sont-plus étroitement liés à la différence de pression entre la pression moyenne du cycle du fluide

de travail contenu dans l'espace 21 et la pression instan-

tanée du fluide du travail qui subsiste dans l'espace 21.

De préférence le volume intérieur du piston rotatif est bien

séparé de façon étanche de l'espace de travail 21.

Une autre modification qui peut être choisie pour amé-

liorer les transferts thermiques implique de prévoir une soufflante ou un ventilateur (non représenté) qui favorise

la circulation du fluide de travail à l'intérieur de l'es-

pace de travail 21 pour améliorer ainsi le transfert ther-

mique vers le fluide de travail ou en provenance de celui-

ci Le ventilateur ou la soufflante peuvent être montés dans le piston rotatif 20 De préférence, le ventilateur ou la soufflante est entratné par la rotation du piston rotatif

dans la chambre 12, par exemple au moyen de deux engre-

nages dont l'un est associé au ventilateur ou à la souf-

flante et l'autre prévu sur le carter 10 Le ventilateur ou la soufflante augmente la vitesse de circulation du

fluide de travail dans l'espace 21.

Le pignon 42 représenté aux Fig 4 et 5 constitue

lui-même le point d'embiellage secondaire 41 mais on remar-

quera qu'une manivelle secondaire séparée peut être pré-

vue à laquelle est couplée la bielle 36, la manivelle secondaire étant entraînée par le pignon 42 De même le pignon 42 peut être monté sur l'un ou l'autre côté de la manivelle principale 35 Si on le désire des poulies

ou autres organes pour transmettre la puissance de rota-

tion peuvent être utilisés au lieu du dispositif d'en-

grenages afin d'obtenir le mouvement superposé à la

bielle 36.

On remarquera que plusieurs moteurs thermiques sui-

vant l'invention peuvent être reliés ensembles Les moteurs

ne doivent pas obligatoirement fonctionner suivant un cy-

14 -

cle thermodynamique commun Un ou plusieurs des moteurs

peuvent fonctionner avec des cycles inversés Cette configu-

ration particulière peut être utilisée à des fins de ré-

frigération ou de pompage de chaleur.

Un exemple de mode de réalisation de l'inventio n

peut être proportionné et réglé de façon qu'il puisse fonc-

tionner avec des cycles de moteurs thermodynamiques qui sont extrêmement voisins des cycles thermodynamiques vrais

inversables En variante, une large variété-de cycles ther-

modynamiques est possible avec un moteur suivant l'inven-

tion.

Par exemple pour faire fonctionner le moteur ther-

* mique suivant l'invention avec un cycle qui se rapporche

étroitement d'un cycle Stirling, le carter externe est di-

visé en quatre zones séparées de transfert thermique ( voir

Fig lb) Les quatre zones peuvent être de dimensions éga-

les La première zone est une zone froide ( 1 à 2 à la Fig lb) la zone suivante est une zone de chauffage ( 2-3), la zone suivante est une zone chaude ( 3-4) et la dernière zone une

zone de refroidissement ( 4-1) Les moyens 30 de modifica-

tion du volume pour l'espace 21 de travail sont réglés de

façon à réduire le volume de l'espace 21 au minimum lors-

que cet espace traverse les zones 2 à 3 et pour rendre ces volumes maximum lorsque l'espace de travail traverse les zones 4 à 1 Le volume diminue entre les zones 1 et 2

et augmente entre les zones 3 et 4.

Pour faire fonctionner le moteur avec un cycle se

rapprochant étroitement d'un cycle Ericsson, le boîtier ex-

terne 20 est divisé en un même nombre de quatre zones de

transfert thermique (voir Fig lc) Les moyens 30 de modi-

fication du volume de l'espace de travail 21 sont réglés de façon à rendre la pression maximale lorsque l'espace 21

traverse les zones 2 à 3 et pour rendre la pression minima-

le lorsque l'espace de travail 21 traverse leszones 4 à 1.

Si le moteur suit les conditions thermodynamiques dans l'ordre 1,2,3,4 indiqué aux Fig lb ou lc, la puissance est alors fournie par le moteur Si le moteur suit les

conditions dans l'ordre 1,4,3,2, l'énergie est alors consom-

2515253

mée par le moteur.

La manivelle secondaire constituée par le pignon 42 qui constitue le point d'embiellage secondaire 41 et qui est décriteen référence au second mode de réalisation du moteur suivant l'invention permet des approximations très voisines de conditions vraiesde pression ou de volume constants qui peuvent être nécessaires pour certaines zones des cycles thermodynamiques idéals D'autres conditions

thermodynamiques sont également possibles.

Pour le cycle Stirling, la manivelle secondaire peut être réglée au point mort bas lorsque la manivelle principale se trouve au point mort haut avec l'espace de travail à mi-distance dans les zones 2 à 3 à la Fig lb. Ensuite lorsque la manivelle principale se trouve au point

mort bas, la manivelle secondaire peut également se trou-

ver au point mort bas avec l'espace de travail se trouvant

à mi-distance dans les zones 4 à 1.

Pour le cycle Ericsson, les manivelles secondaires et principales peuventêtre réglées au point mort haut avec l'espace de travail situé en zone 2 Les deux manivelles se trouvent au point mort bas lorsque l'espace de travail se

trouve dans la zone 4.

Le rapport des longueurs des manivelles secondaires et principales détermine la précision de ces zones de

volume approximativement constant D'une façon caractéris-

tique ce rapport est d'environ 0,134.

Comme on l'a indiqué plus, les positions angulaires

des manivelles principales et secondaires peuvent être mo-

difiées, en fonction des différentes zones de température

du carter externe et du piston rotatif respectivement.

Il est alors possible de permettre également des re-

tards dans le processus de transfert thermique,dés variations des puissances de sortie ou des consommations ou des cycles

thermodynamiques différents.

Claims (17)

REVENDICATIONS

1 Moteur thermique caractérisé en ce qu'il com-

comprend un carter fermé 10 ayant des parois internes ( 11) délimi-

tant une chambre ( 12) et des surfaces de transfert thermi-

que ( 13) situées autour des parois internes, un piston ro-

tatif ( 20) monté rotatif dans la chambre ( 12) et délimitant un espace ( 21) de travail entre lui-même et les parois internes, ledit espace de travail étant déplacé autour des parois internes de la-chambre lorsque le piston rotatif ( 20) tourne à l'intérieur de la chambre ( 12), l'espace de

travail ( 21) contenant en service un fluide de travail sou-

mis à des variations de paramètres thermodynamiques, et des moyens ( 30) de modification de volume qui agissent pour

modifier cycliquement le volume de l'espace ( 21) de tra-

vail d'une façon prédéterminée au fur et à mesure que le

piston rotatif ( 20) tourne à l'intérieur de la chambre.

2 Moteur thermique suivant la revendication 1,

caractérisé en ce que les surfaces ( 13) de transfert ther-

mique sont agencées pour être maintenues à différentes

températures autour du trajet dudit espace ( 21) de travail.

3 Moteur thermique suivant la revendication 2,

caractérisé en ce que le carter ( 10) comprend un disposi-

tif régénérateur ( 25) qui agit pour transférer de la cha-

leur entre différentes parties du carter ( 10), vers ces

parties ou en provenance de celles-ci, et ainsi entre dif-

férentes parties desdites surfaces ( 13) de transfert ther-

mique en direction de ces surfaces ou en provenance de celles-ci. 4 Moteur thermique suivant la revendication 3,

caractérisé en ce que le dispositif régénérateur ( 25)com-

prend un fluide de transfert thermique que l'bn force à cir-

culer dans le dispositif afin d'assurer le transfert ther-

mique. Dispositif de moteurs thermiques caractérisé

en ce qu'il comprend deux moteurs thermiques qui sont cha-

cun tel que défini suivant la revendication 3, les deux moteurs thermiques pouvant être mis en fonctionnement dans des sens opposés et étant montés adjacents l'un à l'autre de telle sorte qu'un transfert de chaleur régénératif

puisse se produire entre les deux moteurs thermiques.

6 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 2, caractérisé en ce que la chambre ( 12) est dans son ensemble cylindrique, le piston rotatif ( 20) étant

monté rotatif autour de l'axe central de la chambre ( 12).

7 Moteur thermique suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les surfaces ( 13) de transfert

thermique sont délimitées au moins en partie par des por-

tions de surface ( 14) qui s'étendent dans leur ensemble

circonférentiellement et qui font saillie dans leur ensem-

ble radialement vers l'intérieur à partir de parois ( 11)

de la chambre.

8 Moteur thermique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chacune desdites parties ( 14) de surface est au moins partiellement isolée de chaque partie adjacente de surface ( 14) de façon à inhiber un transfert thermique circonférentiel à travers lesdites

parties de surface.

9 Moteur thermique suivant la revendication

7, caractérisé en ce que le piston rotatif ( 20) est pour-

vu de parties de surface ( 27) qui s'étendent circonfé-

rentiellement et qui font saillie dans leur ensemble ra-

dialement vers l'extérieur par rapport à la circonférence du piston et qui sont dans leur ensemble complémentaire des parties( 14) de surface de transfert thermique de telle sorte que le piston rotatif ( 20) est ajusté étroitement

dans la chambre ( 12) du carter ( 10).

10 Moteur thermique suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le dit espace ( 21) de travail est délimité entre les parois internes ( 11) de la chambre ( 12) et une partie ( 28) de la surface externe du piston rotatif ( 20) qui ne présente pas lesdites parties de

surface ( 27) qui s'étendent radialement vers l'extérieur.

11 Moteur thermique suivant la revendication

1, caractérisé en ce que lesdits moyens ( 30) de modifi-

cation de volume comprennent un piston ( 31) monté de façon

à se déplacer en va-et-vient dans un cylindre ( 32) du pis-

ton rotatif ( 20), une extrémité du cylindre ( 32) étant ouverte sur la surface externe ( 28) du piston rotatif à l'emplacement de l'espace ( 21) de travail, de telle sorte que le déplacement alternatif du piston dans le cylindre

modifie le volume de l'espace de travail ( 21).

12 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 11, caractérisé en ce que le piston ( 31) est cou-

plé au moyen d'un dispositif< 36) de liaison à un point d'embiellage principal ( 34) décalé par rapport à l'axe de rotation du piston rotatif ( 20) de sorte que lorsque ce dernier tourne, le piston ( 31) se déplace en va-et-vient

dans le cylindre ( 32).

13 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 12, caractérisé en ce que le point d'embiellage

principal ( 34) est en position fixe en cours de fonc-

tionnement du moteur mais peut être déplacé selective-

ment de façon à permettre une variation et un réglage

sélectifsde la nature du cycle de fonctionnement.

14 Moteur thermique suivant la revendi-

cation 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un mécanisme ( 40) à manivelle, de superposition, qui superpose un mouvement au-mouvement principal du piston qui est dû à la liaison de celui-ci avec le point d'enbiellage principal ( 34) le dit mécanisme ( 40)

de superposition de mouvement comprenant un point d'em-

biellage secondaire ( 41) auquel le piston ( 31) est relié,

ledit point d'embiellage secondaire étant mobile cycli-

quement par rapport au point principal d'embiellage ( 34) lors de la rotation du piston rotatif afin de produire

un mouvement du piston ( 31) à mouvement alternatif, mou-

vement dans lequel est maintenu temporairement un volume à peu près constant de l'espace de travail ( 21) aux deux

'limites du déplacement du piston à mouvement alterna-

tif ( 31) tandis que le piston rotatif ( 20) continue de tourner. -Moteur thermique suivant la revendication 14, caractérisé en ce que la liaison du piston ( 31) à

mouvement alternatif au point principal ( 34) d'embiella-

ge produit un mouvement principal de va-et-vient à peu près sinusodal du piston à l'intérieur du cylindre ( 32), et la liaison du piston ( 31) avec le point d'embiellage secondaire ( 41) a pour résultat la superposition d'un mouvement alternatif secondaire à peu près sinusoïdal d'une amplitude relativement faible et ayant une fréquence égale à trois fois la fréquence du mouvement principal

de va-et-vient afin de produire un cycle de fonctionne-

ment du moteur qui soit étroitement voisin d'un cycle ther-

modynamique idéal.

16 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 15, caractérisé en ce que le mécanisme à manivelle ( 40) de superposition de mouvement comprend un pignon ( 42)

monté:rotatif autour d'un axe passant par le point prin-

cipal d'embiellage ( 34) le piston ( 31) à mouvement alter-

natif étant couplé au point d'embiellage secondaire ( 41) qui est constitué par un point décalé radialement sur le

pignon ( 42), ce pignon engrenant avec une couronne cir-

culaire ou crémaillère ( 43) montée sur le piston rotatif

( 20) de façon que tandis que ce dernier achève une révo-

lution, le pignon ( 42) achève trois révolutions.

17 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 16, caractérisé en ce que la couronne dentée circu-

laire ou crémaillère ( 43) est fixée en position sur

le piston rotatif ( 20) pendant le fonctionnement du mo-

teur mais peut être tournée sélectivement par rapport au piston rotatif de façon à permettre une variation et un

réglage sélectifs de la nature du cycle de fonctionnement.

18 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 1, caractérisé en ce que le volume intérieur du piston rotatif ( 20) constitue une zone d'amortissement pour les moyens ( 30) de modification du volume de telle sorte que la force s'exerçant sur lesdits moyens ( 30) soit liée plus étroitement à la différence de pression entre la pression moyenne du cycle du fluide de travail

contenu dans l'espace de travail ( 21) et la pression ins-

tantanée du fluide de travail qui reste dans l'espace de travail 19 Moteur thermique suivant la revendication

1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ventila-

teur ou une soufflante qui agit pour favoriser la circu-

lation du fluide de travail dans l'espace ( 21) de travail, améliorant ainsi le transfert thermique vers le fluide

de travail -et en provenance de celui-ci.

Moteur thermique suivant la revendica-

tion 19, caractérisé en ce que ledit ventilateur ou la soufflante est entraîné par la rotation du piston rotatif

( 20) dans la chambre ( 12).

21 Moteur thermique suivant la revendica-

tion 6, caractérisé en ce que le piston rotatif ( 20) est

monté rotatif sur deux tourillons ( 22,23) qui font sail-

lie axialement à travers les côtés opposés des parois du carter, les sections transversales des deux tourillons

aux points o ils font saillie à travers les parois du car-

ter ( 10) étant égales, de façon que les forces exercées sur les tourillons et produites par les différences de pression du fluide entre l'intérieur et l'extérieur-du

carter soient équilibrées.

22 Moteur dynamique suivant la revendica-

tion 6, caractérisé en ce que le piston rotatif ( 20)

agit comme un volant d'inertie pour réduire les varia-

tions de la vitesse angulaire du piston rotatif.