FR3079877A1 - HOT AIR ENGINE WORKING PERMANENT ACCORDING TO CYCLE DERIVED FROM STIRLING CYCLE - Google Patents
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Abstract
Moteur à air chaud travaillant en permanence selon un cycle dérivé du cycle de Stirling, comportant : un cylindre de compression (1) dans lequel se déplace un piston de compression (2) délimitant deux chambres de compression (20, 21) maintenues à une température froide, un cylindre moteur (3) dans lequel se déplace un piston moteur (4) délimitant deux chambres de travail maintenues (40, 41) à une température chaude, le piston de compression et le piston moteur étant commandés conjointement et étant en phase, deux chambres de transfert (56) maintenues à une température chaude, et un circuit de commande de la circulation du fluide de travail entre les différentes chambres, équipé d'organes de pilotage permettant de modifier les liaisons entre ces chambres.A hot air motor continuously operating according to a cycle derived from the Stirling cycle, comprising: a compression cylinder (1) in which a compression piston (2) moves which delimits two compression chambers (20, 21) held at a temperature cold, a motor cylinder (3) in which moves a motor piston (4) delimiting two working chambers held (40, 41) at a hot temperature, the compression piston and the engine piston being jointly controlled and in phase, two transfer chambers (56) maintained at a hot temperature, and a control circuit of the circulation of the working fluid between the different chambers, equipped with control members for modifying the connections between these chambers.
Description
La présente invention a pour objet un moteur à air chaud travaillant en permanence selon un cycle dérivé du cycle de Stirling comportant une phase de compression, une phase d’élévation en température et une phase de détente motrice d’un fluide de travail.The present invention relates to a hot air engine working continuously according to a cycle derived from the Stirling cycle comprising a compression phase, a temperature rise phase and a motor expansion phase of a working fluid.
Il existe différents types de moteurs à air chaud ou plus généralement à gaz de travail chaud qui utilisent en règle générale des cycles thermodynamiques à quatre temps parmi lesquels on peut citer le cycle de Carnot qui comporte deux phases isothermes et deux phases adiabatiques, le cycle de Stirling qui comporte deux phases isothermes et deux phases isochores, le cycle de Joule qui comporte deux phases isobares et deux phases adiabatiques, ou encore le cycle de Beau de Rochas qui comporte deux phases isobares et deux phases adiabatiques.There are different types of hot air or more generally hot working gas engines which generally use four-stroke thermodynamic cycles, among which we can cite the Carnot cycle which comprises two isothermal phases and two adiabatic phases, the Stirling which comprises two isothermal phases and two isochoric phases, the Joule cycle which comprises two isobaric phases and two adiabatic phases, or even the Beau de Rochas cycle which comprises two isobaric phases and two adiabatic phases.
En principe, en utilisant un régénérateur ou un récupérateur d’énergie, le rendement du cycle de Stirling est identique à celui du cycle de Carnot ; en pratique ces rendements sont toutefois difficiles à obtenir.In principle, using a regenerator or an energy recuperator, the efficiency of the Stirling cycle is identical to that of the Carnot cycle; in practice these yields are however difficult to obtain.
On a déjà proposé, en particulier, conformément au document FR 2 966 521 un moteur à air chaud utilisant un cycle thermodynamique à essentiellement trois phases dérivé du cycle de Stirling, mais présentant un rendement amélioré grâce à la suppression de l’une des phases isochores qui ne produit aucun travail.In particular, in accordance with document FR 2 966 521, a hot air engine has already been proposed using a thermodynamic cycle with essentially three phases derived from the Stirling cycle, but having an improved efficiency by eliminating one of the isochoric phases which produces no work.
Conformément à ce document, un tel moteur à air chaud dont le cycle de fonctionnement s’approche d’un cycle à trois temps dérivé du cycle de Stirling comporte une phase de compression isotherme, une phase d’élévation en température isochore et une phase de détente motrice d’un fluide de travail.According to this document, such a hot air engine whose operating cycle approaches a three-stroke cycle derived from the Stirling cycle comprises an isothermal compression phase, an isochoric temperature raising phase and a driving relaxation of a working fluid.
L’invention a pour objet de proposer un moteur à air chaud dérivé d’un tel moteur à air chaud connu, mais se distinguant à la fois par une configuration plus simple et par un rendement supérieur.The object of the invention is to provide a hot air engine derived from such a known hot air engine, but which is distinguished both by a simpler configuration and by a higher efficiency.
Selon l’invention, un tel moteur à air chaud comporte essentiellement :According to the invention, such a hot air engine essentially comprises:
un cylindre de compression dans lequel se déplace constamment en va-et-vient un piston de compression délimitant, de part et d’autre de celui-ci, deux chambres de compression maintenues à une température froide par une source froide, un cylindre moteur dans lequel se déplace constamment en va-etvient un piston moteur délimitant de part et d’autre de celui-ci deux chambres de travail maintenues à une température chaude par une source chaude, deux chambres de transfert maintenues à une température chaude par une source chaude et respectivement associées à une première chambre de compression et à une première chambre de travail et à une seconde chambre de compression et à une seconde chambre de travail, et un circuit de commande de la circulation du fluide de travail entre les différentes chambres.a compression cylinder in which a compression piston constantly moves back and forth delimiting, on either side thereof, two compression chambers maintained at a cold temperature by a cold source, a driving cylinder in which constantly moves back and forth a driving piston delimiting on either side thereof two working chambers maintained at a hot temperature by a hot source, two transfer chambers maintained at a hot temperature by a hot source and respectively associated with a first compression chamber and with a first working chamber and with a second compression chamber and with a second working chamber, and a circuit for controlling the circulation of the working fluid between the different chambers.
Il est essentiel, conformément à l’invention, que le piston de compression et le piston moteur soient commandés conjointement par un système bielle-manivelle et soient en phase.It is essential, in accordance with the invention, that the compression piston and the drive piston be controlled jointly by a connecting rod-crank system and are in phase.
Le circuit de commande de la circulation du fluide de travail entre les différentes chambres est équipé d’organes de pilotage permettant de modifier les liaisons entre ces chambres au cours d’une rotation de la manivelle de sorte :The circuit for controlling the circulation of the working fluid between the different chambers is equipped with control members making it possible to modify the connections between these chambers during a rotation of the crank so that:
que lors d’une phase de compression, le fluide de travail froid renfermé dans une première des deux chambres de compression du cylindre de compression soit comprimé par le piston de compression jusqu’à ce qu’il ait atteint une pression prédéfinie, que lors d’une phase d’élévation en température, le fluide de travail froid ayant atteint la pression prédéfinie renfermé dans la première chambre de compression soit transféré dans la chambre de transfert associée à cette première chambre ou première chambre de transfert, et que lors d’une phase de détente motrice le fluide de travail renfermé dans la première chambre de transfert, ayant été comprimé et élevé en température soit transféré dans la chambre de travail du cylindre moteur associée à cette première chambre de transfert ou première chambre de travail de façon à se détendre et à pousser le piston moteur alors que le fluide de travail renfermé dans la seconde chambre de travail est évacué.that during a compression phase, the cold working fluid contained in a first of the two compression chambers of the compression cylinder is compressed by the compression piston until it has reached a predefined pressure, than during '' a temperature rise phase, the cold working fluid having reached the predefined pressure contained in the first compression chamber is transferred into the transfer chamber associated with this first chamber or first transfer chamber, and only during a motor relaxation phase the working fluid contained in the first transfer chamber, having been compressed and high in temperature, is transferred to the working cylinder working chamber associated with this first transfer chamber or first working chamber so as to relax and push the working piston while the working fluid contained in the second working chamber is disposed together.
Au cours de cette phase de détente motrice, le fluide de travail froid renfermé dans la seconde chambre de compression est parallèlement comprimé par le piston de compression jusqu’à ce qu’il ait atteint la pression prédéfinie lors d’une autre phase de compression, puis est transféré dans la chambre de transfert associée à cette seconde chambre ou seconde chambre de transfert lors d’une autre phase d’élévation en température, avant d’être transféré dans la chambre de travail du cylindre moteur associée à cette seconde chambre de transfert ou seconde chambre de travail lors d’une autre phase de détente motrice au cours de laquelle le fluide de travail renfermé dans la première chambre de travail est évacué, et ainsi de suite.During this phase of motor relaxation, the cold working fluid contained in the second compression chamber is parallel compressed by the compression piston until it has reached the predefined pressure during another compression phase, then is transferred to the transfer chamber associated with this second chamber or second transfer chamber during another temperature rise phase, before being transferred to the working cylinder working chamber associated with this second transfer chamber or second working chamber during another phase of motor relaxation during which the working fluid contained in the first working chamber is discharged, and so on.
La succession de ces différentes phases permet de garantir que le piston moteur soit constamment moteur.The succession of these different phases makes it possible to guarantee that the driving piston is constantly driving.
Selon l’invention, les organes de pilotage équipant le circuit de commande de la circulation du fluide de travail peuvent avantageusement être constitués par des tiroirs ou par des robinets dont l’actionnement est de préférence commandé par des cames.According to the invention, the control members equipping the circuit for controlling the circulation of the working fluid can advantageously be constituted by drawers or by taps, the actuation of which is preferably controlled by cams.
Selon une première variante de l’invention, les deux chambres de compression du cylindre de compression sont en communication avec l’air extérieur et maintenues à une température froide par cet air extérieur qui constitue la source froide.According to a first variant of the invention, the two compression chambers of the compression cylinder are in communication with the outside air and maintained at a cold temperature by this outside air which constitutes the cold source.
Selon une seconde variante de l’invention, le moteur à air chaud comporte en outre deux chambres de refroidissement maintenues à une température froide par une source froide et respectivement associées à l’une des chambres de compression du cylindre de compression pour maintenir cette chambre à une température froide.According to a second variant of the invention, the hot air engine further comprises two cooling chambers maintained at a cold temperature by a cold source and respectively associated with one of the compression chambers of the compression cylinder to maintain this chamber at a cold temperature.
Selon un premier mode de réalisation de l’invention, le moteur à air chaud comporte un échangeur de chaleur dans lequel circule le fluide de travail chaud évacué de l’une des chambres de travail du cylindre moteur lors d’une phase de détente motrice dans l’autre chambre de travail de ce cylindre moteur pour permettre de chauffer le fluide de travail froid transféré de l’une des chambres de compression du cylindre de compression dans la chambre de transfert associée à cette chambre de compression lors d’une phase d’élévation en température, qui circule également dans cet échangeur de chaleur ce à contre courant.According to a first embodiment of the invention, the hot air engine comprises a heat exchanger in which circulates the hot working fluid discharged from one of the working chambers of the engine cylinder during a drive expansion phase in the other working chamber of this engine cylinder to allow the heating of the cold working fluid transferred from one of the compression chambers of the compression cylinder into the transfer chamber associated with this compression chamber during a phase of rise in temperature, which also circulates in this heat exchanger against the current.
Ce premier mode de réalisation du moteur à air chaud conforme à l’invention qui exige la mise en oeuvre d’un échangeur permettant de minimiser les pertes de chaleur présente l’avantage d’être particulièrement simple et peu onéreux ; il est toutefois à noter qu’un tel échangeur de chaleur n’est pas totalement efficace.This first embodiment of the hot air engine according to the invention which requires the use of an exchanger making it possible to minimize the heat losses has the advantage of being particularly simple and inexpensive; however, it should be noted that such a heat exchanger is not fully efficient.
Selon un second mode de réalisation du moteur à air chaud conforme à l’invention qui présente l’avantage de permettre d’éviter les transferts de chaleur entre les sources froides et les sources chaudes, ce moteur à air chaud comporte deux cylindres intermédiaires dans lesquels se déplace respectivement constamment en va-et-vient un piston isolant à double section essentiellement en forme de T définissant de part et d’autre de celui-ci une chambre intermédiaire de grande section associée à l’une des chambres de compression du cylindre de compression, une chambre intermédiaire de petite section associée à l’une des chambres de transfert ainsi qu’une chambre neutre en communication avec l’air extérieur.According to a second embodiment of the hot air engine according to the invention which has the advantage of making it possible to avoid heat transfers between the cold sources and the hot sources, this hot air engine comprises two intermediate cylinders in which constantly moves back and forth respectively a double section insulating piston essentially in the shape of a T defining on either side of it an intermediate chamber of large section associated with one of the compression chambers of the cylinder compression, an intermediate chamber of small section associated with one of the transfer chambers as well as a neutral chamber in communication with the outside air.
Chaque chambre intermédiaire de grande section est avantageusement reliée à la chambre de compression qui lui est associée par une conduite de circulation du fluide de travail équipée d’un clapet anti-retour taré.Each intermediate chamber of large section is advantageously connected to the compression chamber which is associated with it by a pipe for circulation of the working fluid equipped with a calibrated non-return valve.
Il est à noter qu’au lieu d’utiliser un clapet antiretour taré, une liaison peut être créée par un jeu de tiroirs pilotés par une came.It should be noted that instead of using a calibrated non-return valve, a connection can be created by a set of drawers controlled by a cam.
Selon une variante de ce second mode de réalisation du moteur à air chaud conforme à l’invention, les deux cylindres intermédiaires sont rassemblés en un double cylindre intermédiaire unique renfermant un piston isolant à double section unique définissant de part et d’autre de celui-ci deux chambres intermédiaires de grande section et deux chambres intermédiaires de petite section et pas de chambre neutre.According to a variant of this second embodiment of the hot air engine according to the invention, the two intermediate cylinders are combined into a single double intermediate cylinder enclosing an insulating piston with a single double section defining on either side thereof. ci two intermediate chambers of large section and two intermediate chambers of small section and no neutral chamber.
Il est à noter que, conformément à l’invention, les chambres de transfert et le cas échéant les chambres de refroidissement peuvent avoir un volume nettement supérieur au volume nécessaire, non pas pour améliorer le rendement du moteur à air chaud, mais pour augmenter l’inertie et obtenir une meilleure stabilité de ce moteur.It should be noted that, in accordance with the invention, the transfer chambers and, where appropriate, the cooling chambers may have a volume significantly greater than the volume necessary, not to improve the efficiency of the hot air engine, but to increase the inertia and obtain better stability of this engine.
Les caractéristiques du moteur à air chaud qui fait l’objet de l’invention seront décrites plus en détail en se référant aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels :The characteristics of the hot air engine which is the subject of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying non-limiting drawings in which:
les figures la à ld sont des schémas illustrant différentes phases du cycle de fonctionnement d’un moteur à air chaud correspondant à la première variante du premier mode de réalisation, les figures 2a, 2b, 2c et 2d sont des schémas respectivement similaires aux figures la, lb, le et ld mais correspondant à la seconde variante du premier mode de réalisation du moteur à air chaud, les figures 3a et 3b sont des schémas illustrant deux phases du cycle de fonctionnement d’un moteur à air chaud correspondant au second mode de réalisation, les figures 4a et 4b sont des schémas respectivement similaires aux figures 3a et 3b correspondant à une variante du second mode de réalisation.Figures la to ld are diagrams illustrating different phases of the operating cycle of a hot air engine corresponding to the first variant of the first embodiment, Figures 2a, 2b, 2c and 2d are diagrams respectively similar to Figures la , lb, le and ld but corresponding to the second variant of the first embodiment of the hot air engine, FIGS. 3a and 3b are diagrams illustrating two phases of the operating cycle of a hot air engine corresponding to the second mode of embodiment, Figures 4a and 4b are diagrams respectively similar to Figures 3a and 3b corresponding to a variant of the second embodiment.
Selon les figures la à ld, le moteur à air chaud comporte un cylindre de compression 1 dans lequel se déplace constamment en va et vient un piston de compression 2, un cylindre moteur 3 dans lequel se déplace constamment en va-et-vient un piston moteur 4 ainsi que deux chambres de transfert 5, 6 qui sont maintenues à une température chaude par une source chaude.According to Figures la to ld, the hot air engine comprises a compression cylinder 1 in which constantly moves back and forth a compression piston 2, a drive cylinder 3 in which constantly moves back and forth a piston motor 4 as well as two transfer chambers 5, 6 which are maintained at a hot temperature by a hot source.
Le piston de compression 2 et le piston moteur 4 sont commandés conjointement par un système bielle-manivelle non représenté et sont en phase.The compression piston 2 and the driving piston 4 are controlled jointly by a connecting rod-crank system not shown and are in phase.
Le piston de compression 2 délimite, de part et d’autre de celui-ci, deux chambres de compression 20, 21 qui sont maintenues à une température froide par une source froide constituée par l’air extérieur qui est introduit dans ces chambres comme schématisé par les flèches I.The compression piston 2 defines, on either side of it, two compression chambers 20, 21 which are maintained at a cold temperature by a cold source constituted by the outside air which is introduced into these chambers as shown diagrammatically by the arrows I.
Le piston moteur 4 délimite, quant à lui, de part et d’autre de celui-ci deux chambres de travail 40, 41 qui sont maintenues à une température chaude par une source chaude.The driving piston 4 delimits, on the other hand, two working chambers 40, 41 which are maintained at a hot temperature by a hot source.
Les deux chambres de transfert 5, 6 qui sont maintenues en température par une source chaude sont respectivement associées à une première chambre de compression 20 et à une première chambre de travail 40 et à une seconde chambre de compression 21 et à une seconde chambre de travail 41.The two transfer chambers 5, 6 which are maintained in temperature by a hot source are respectively associated with a first compression chamber 20 and with a first working chamber 40 and with a second compression chamber 21 and with a second working chamber 41.
Le moteur à air chaud est, également équipé d’un circuit de commande de la circulation du fluide de travail entre les différentes chambres 20, 21, 5, 6, 40, 41 qui est équipé d’organes de pilotage non représentés permettant de modifier les liaisons entre ces chambres au cours d’une rotation de la manivelle, ce d’une façon qui sera décrite plus en détail dans la suite de cet exposé.The hot air engine is also equipped with a circuit for controlling the circulation of the working fluid between the various chambers 20, 21, 5, 6, 40, 41 which is equipped with non-represented control members making it possible to modify the connections between these chambers during a rotation of the crank, this in a manner which will be described in more detail in the remainder of this description.
Selon la figure la, lors d’une phase de compression, le fluide de travail froid renfermé dans une première 20 des deux chambres de compression 20, 21 du cylindre de compression 1 est comprimé par le piston de compression 2 jusqu’à ce qu’il ait atteint une pression prédéfinie.According to FIG. 1 a, during a compression phase, the cold working fluid contained in a first 20 of the two compression chambers 20, 21 of the compression cylinder 1 is compressed by the compression piston 2 until it has reached a predefined pressure.
Selon la figure lb, lors d’une phase d’élévation en température, le fluide de travail froid ayant atteint la pression prédéfinie renfermé dans la première chambre de compression 20 est transféré dans la chambre de transfert 5 associée à cette première chambre 20 ou première chambre de transfert du fait d’une liaison établie entre ces chambres 20, 5, ce en passant dans un échangeur de chaleur 7 dans lequel il récupère de la chaleur, d’une façon qui sera décrite plus en détail dans la suite de cet exposé.According to FIG. 1b, during a temperature rise phase, the cold working fluid having reached the predefined pressure contained in the first compression chamber 20 is transferred into the transfer chamber 5 associated with this first chamber 20 or first transfer chamber due to a connection established between these chambers 20, 5, this passing through a heat exchanger 7 in which it recovers heat, in a manner which will be described in more detail in the remainder of this description .
Selon la figure le, lors d’une phase de détente motrice, le fluide de travail renfermé dans la première chambre de transfert 5 qui a été comprimé et élevé en température est transféré dans la chambre de travail 40 du cylindre moteur 3 associé à cette première chambre de transfert 5 ou première chambre de travail du fait d’une liaison établie entre ces chambres 5, 40, ce de façon à se détendre et à pousser le piston moteur 4 alors que le fluide de travail renfermé dans la seconde chambre de travail 41 est évacué vers l’extérieur comme illustré par la flèche ILAccording to FIG. 1 a, during a drive relaxation phase, the working fluid contained in the first transfer chamber 5 which has been compressed and raised in temperature is transferred into the working chamber 40 of the engine cylinder 3 associated with this first transfer chamber 5 or first working chamber due to an established connection between these chambers 5, 40, so as to relax and push the driving piston 4 while the working fluid contained in the second working chamber 41 is discharged to the outside as shown by the arrow IL
Au cours de cette évacuation, le fluide de travail 41 qui est chaud passe dans l’échangeur de chaleur 7.During this evacuation, the working fluid 41 which is hot passes through the heat exchanger 7.
Compte tenu de la commande en phase du piston de compression 2 et du piston moteur 4, au cours de cette phase de détente motrice, le fluide de travail froid renfermé dans la seconde chambre de compression 21 du cylindre de compression 1 est parallèlement comprimé par le piston de compression 2 lors d’une autre phase de compression jusqu’à ce qu’il ait atteint la pression prédéfinie.In view of the phase control of the compression piston 2 and of the driving piston 4, during this drive expansion phase, the cold working fluid contained in the second compression chamber 21 of the compression cylinder 1 is simultaneously compressed by the compression piston 2 during another compression phase until it has reached the predefined pressure.
Selon la figure ld lorsqu’il a atteint cette pression prédéfinie, le fluide de travail froid renfermé dans la seconde chambre de compression 21 du cylindre de compression 1 est transféré dans la chambre de transfert 6 associée à cette seconde chambre 21 ou seconde chambre de transfert lors d’une autre phase d’élévation en température du fait d’une liaison établie entre ces chambres 21.6, en passant préalablement dans l’échangeur de chaleur 7 ou il est chauffé par le fluide de travail chaud évacué vers l’extérieur selon la flèche II de la seconde chambre 41 du cylindre moteur 3.According to FIG. 1d when it has reached this predefined pressure, the cold working fluid contained in the second compression chamber 21 of the compression cylinder 1 is transferred into the transfer chamber 6 associated with this second chamber 21 or second transfer chamber during another phase of temperature rise due to a connection established between these chambers 21.6, passing beforehand through the heat exchanger 7 or it is heated by the hot working fluid discharged to the outside according to the arrow II of the second chamber 41 of the engine cylinder 3.
Selon la figure la, le fluide de travail renfermé dans la seconde chambre de transfert 6 ayant été comprimé et élevé en température est ensuite transféré dans la chambre de travail 41 du cylindre moteur 3 associé à cette seconde chambre de transfert 6 ou seconde chambre de travail du fait d’une liaison établie entre ces chambres 6, 41, ce, lors d’une autre phase de détente motrice au cours de laquelle le fluide de travail renfermé dans la première chambre de travail 40 du cylindre moteur 3 est évacué vers l’extérieur selon la flèche II en passant préalablement par l’échangeur de chaleur 7 et ainsi de suite de sorte que le cylindre moteur 4 soit constamment moteur.According to Figure la, the working fluid contained in the second transfer chamber 6 having been compressed and raised in temperature is then transferred into the working chamber 41 of the engine cylinder 3 associated with this second transfer chamber 6 or second working chamber due to a connection established between these chambers 6, 41, this, during another phase of motor relaxation during which the working fluid contained in the first working chamber 40 of the engine cylinder 3 is discharged towards the outside according to arrow II passing previously through the heat exchanger 7 and so on so that the engine cylinder 4 is constantly engine.
Selon les figures 2a, 2b, 2c et 2d, le moteur à air chaud comporte en outre deux chambres de refroidissement 8, 9 maintenues à une température froide par une source froide et respectivement associées à l’une des chambres de compression 20, 21 du cylindre de compression 1 pour maintenir cette chambre à une température froide.According to FIGS. 2a, 2b, 2c and 2d, the hot air engine further comprises two cooling chambers 8, 9 maintained at a cold temperature by a cold source and respectively associated with one of the compression chambers 20, 21 of the compression cylinder 1 to maintain this chamber at a cold temperature.
Ces chambres de refroidissement 8, 9 se substituent à l’air extérieur pénétrant selon les flèches I dans les chambres de compression 20, 21 du cylindre de compression 1 conformément à la première variante du premier mode de réalisation du moteur à air chaud, illustrée par les figures la à ld.These cooling chambers 8, 9 replace the outside air penetrating according to the arrows I into the compression chambers 20, 21 of the compression cylinder 1 in accordance with the first variant of the first embodiment of the hot air engine, illustrated by Figures la to ld.
Par suite, les différentes phases d’un cycle de fonctionnement du moteur à air chaud correspondant à la seconde variante du premier mode de réalisation du moteur à air chaud conforme à l’invention illustrées par les figures 2a à 2d sont similaires à celles décrites ci-dessus en référence aux figures la, lb, le et ld avec pour seule différence que le fluide de travail chaud évacué des chambres de travail 40, 41 du cylindre moteur 3 au cours d’une phase de détente motrice et refroidi dans l’échangeur de chaleur 7 est évacué non pas vers l’extérieur, selon les flèches II, mais vers l’une des chambres de refroidissement 8, 9 pour être ensuite transféré dans l’une des chambres de compression 20, 21 du cylindre de compression 1.Consequently, the different phases of an operating cycle of the hot air engine corresponding to the second variant of the first embodiment of the hot air engine according to the invention illustrated by FIGS. 2a to 2d are similar to those described here. -above with reference to Figures la, lb, le and ld with the only difference that the hot working fluid discharged from the working chambers 40, 41 of the engine cylinder 3 during a drive expansion phase and cooled in the exchanger heat 7 is evacuated not to the outside, according to arrows II, but to one of the cooling chambers 8, 9 to then be transferred to one of the compression chambers 20, 21 of the compression cylinder 1.
Selon les figures 3a et 3b, le moteur à air chaud conforme au second mode de réalisation de l’invention se distingue du moteur à air chaud conforme au premier mode de réalisation de l’invention illustré par les figures 2a, 2b, 2c et 2d par le remplacement de l’échangeur de chaleur 7 par deux cylindres intermédiaires 10, 10’ dans lesquels se déplace respectivement constamment en va et vient un piston isolant à double section essentiellement en forme de T 11, 11’ permettant d’empêcher un transfert de chaleur entre les sources chaudes et les sources froides.According to Figures 3a and 3b, the hot air engine according to the second embodiment of the invention is distinguished from the hot air engine according to the first embodiment of the invention illustrated by Figures 2a, 2b, 2c and 2d by replacing the heat exchanger 7 with two intermediate cylinders 10, 10 ′ in which a substantially T-shaped double-section insulating piston 11, 11 ′ moves constantly back and forth respectively, making it possible to prevent transfer of heat between hot springs and cold springs.
Chacun des pistons isolants 11, 11’ définit respectivement de part et d’autre de celui-ci une chambre intermédiaire de grande section 12, 12’ une chambre intermédiaire de petite section 13, 13’ ainsi qu’une chambre neutre 14, 14’ qui est en communication avec l’air extérieur.Each of the insulating pistons 11, 11 'respectively defines on either side thereof an intermediate chamber of large section 12, 12' an intermediate chamber of small section 13, 13 'as well as a neutral chamber 14, 14' which is in communication with the outside air.
Les chambres intermédiaires de grande section 12, 12’ sont respectivement associées à l’une des chambres de compression 20, 21 du cylindre de compression 1 tandis que les chambres intermédiaires de petite section 13, 13’ sont respectivement associées à l’une des chambres de transfert 5, 6 et par suite à l’une des chambres de transfert 5, 6 et par suite à l’une des chambres de travail 40, 40’ du cylindre moteur 4.The intermediate chambers of large section 12, 12 'are respectively associated with one of the compression chambers 20, 21 of the compression cylinder 1 while the intermediate chambers of small section 13, 13' are respectively associated with one of the chambers transfer 5, 6 and consequently to one of the transfer chambers 5, 6 and consequently to one of the working chambers 40, 40 'of the engine cylinder 4.
Chaque chambre intermédiaire de grande section 12, 12’ est reliée à la chambre de compression 20, 21 qui lui est associée par une conduite de circulation du fluide de travail équipée d’un clapet an ti-retour 15, 15’ taré pour s’ouvrir lorsque la pression dans cette chambre de compression 20, 21a atteint la pression prédéfinie.Each intermediate chamber of large section 12, 12 'is connected to the compression chamber 20, 21 which is associated with it by a pipe for circulation of the working fluid equipped with a non-return valve 15, 15' calibrated for s' open when the pressure in this compression chamber 20, 21a reaches the predefined pressure.
Selon la figure 3a, lors d’une phase de compression, le fluide de travail froid renfermé dans la chambre de compression 20 est comprimé par le piston de compression 2 jusqu’à ce qu’il ait atteint la pression prédéfinie.According to FIG. 3a, during a compression phase, the cold working fluid contained in the compression chamber 20 is compressed by the compression piston 2 until it has reached the predefined pressure.
Lorsque cette pression prédéfinie a été atteinte, le clapet taré 15 s’ouvre de sorte que le fluide de travail renfermé dans la chambre de compression 20 soit transféré dans la chambre intermédiaire de grande section 12 du cylindre intermédiaire 10 et pousse le piston isolant à double section 11 pour comprimer le fluide de travail renfermé dans la chambre intermédiaire de petite section 13 qui est transféré dans la chambre de transfert 5 lorsque sa pression est supérieure à celle régnant dans cette chambre 5.When this predefined pressure has been reached, the calibrated valve 15 opens so that the working fluid contained in the compression chamber 20 is transferred into the intermediate section of large section 12 of the intermediate cylinder 10 and pushes the insulating piston double section 11 to compress the working fluid contained in the intermediate chamber of small section 13 which is transferred into the transfer chamber 5 when its pressure is higher than that prevailing in this chamber 5.
Selon la figure 3b, lorsque la pression du fluide de travail chaud renfermé dans la chambre de transfert 5, est maximum cette chambre de transfert 5 est reliée à la chambre de travail 40 du cylindre moteur 3 pour pousser le piston moteur 4 lors d’une phase de détente motrice.According to FIG. 3b, when the pressure of the hot working fluid contained in the transfer chamber 5 is maximum, this transfer chamber 5 is connected to the working chamber 40 of the engine cylinder 3 to push the engine piston 4 during a motor relaxation phase.
Simultanément, le fluide de travail chaud renfermé dans la chambre de travail 41 du cylindre moteur 3 est comprimé et transféré dans la chambre de petite section 13 du cylindre intermédiaire 10 pour pousser le piston isolant 11 et comprimer le fluide de travail froid renfermé dans la chambre de grande section 12.Simultaneously, the hot working fluid contained in the working chamber 41 of the engine cylinder 3 is compressed and transferred into the small section chamber 13 of the intermediate cylinder 10 to push the insulating piston 11 and compress the cold working fluid contained in the chamber. large section 12.
Ce fluide de travail froid est ensuite transféré dans la chambre de compression 20 du cylindre de compression 1 en passant par la chambre de refroidissement 8 au niveau de laquelle il est refroidi.This cold working fluid is then transferred into the compression chamber 20 of the compression cylinder 1 via the cooling chamber 8 at which it is cooled.
Le piston de compression 2 comprime alors le fluide de travail renfermé dans la chambre de compression 21 jusqu’à ce qu’il ait atteint la pression prédéfinie.The compression piston 2 then compresses the working fluid contained in the compression chamber 21 until it has reached the predefined pressure.
Lorsque cette pression prédéfinie a été atteinte, le clapet taré 15’ s’ouvre de sorte que le fluide de travail renfermé dans la chambre de compression 21 soit transféré dans la chambre intermédiaire 12’ du cylindre intermédiaire 10’ et pousse le piston isolant à double section 11 ’ pour comprimer le fluide de travail chaud renfermé dans la chambre intermédiaire de petite section 13’ qui est transféré dans la chambre de transfert 6 lorsque sa pression est supérieure à celle régnant dans cette chambre 6.When this predefined pressure has been reached, the calibrated valve 15 'opens so that the working fluid contained in the compression chamber 21 is transferred into the intermediate chamber 12' of the intermediate cylinder 10 'and pushes the insulating piston double section 11 'to compress the hot working fluid contained in the intermediate chamber of small section 13' which is transferred into the transfer chamber 6 when its pressure is higher than that prevailing in this chamber 6.
Selon la figure 3a, lorsque la pression du fluide de travail chaud renfermé dans la chambre de transfert 6 est maximum, cette chambre de transfert est reliée à la chambre de travail 41 du cylindre moteur 3 pour pousser le piston moteur 4 lors d’une phase de détente motrice, et ainsi de suite.According to FIG. 3a, when the pressure of the hot working fluid contained in the transfer chamber 6 is maximum, this transfer chamber is connected to the working chamber 41 of the engine cylinder 3 to push the engine piston 4 during a phase motor relaxation, and so on.
Le mode de fonctionnement du moteur à air chaud conforme au second mode de réalisation de l’invention est ainsi largement comparable à celui du moteur à air chaud conforme au premier mode de réalisation de l’invention.The operating mode of the hot air engine according to the second embodiment of the invention is thus largely comparable to that of the hot air engine according to the first embodiment of the invention.
Selon les figures 4a et 4b, les deux cylindres intermédiaires 10, 10’ représentés sur les figures 3a et 3b sont rassemblés en un double cylindre intermédiaire 101 renfermant un piston isolant à double section unique 111 définissant de part et d’autre de celui-ci deux chambres intermédiaires de grande section 12, 12’ et deux chambres intermédiaires de petite section 13, 13’ et pas de chambre neutre.According to Figures 4a and 4b, the two intermediate cylinders 10, 10 'shown in Figures 3a and 3b are combined into a double intermediate cylinder 101 containing an insulating piston with a double single section 111 defining on either side thereof two intermediate chambers of large section 12, 12 'and two intermediate chambers of small section 13, 13' and no neutral chamber.
Le mode de fonctionnement de ce moteur est en tout point similaire à celui du moteur conforme au second mode de réalisation de l’invention illustré par les figures 3a et 3b.The mode of operation of this engine is in every way similar to that of the engine according to the second embodiment of the invention illustrated in FIGS. 3a and 3b.
Claims (7)
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FR1853095A FR3079877A1 (en) | 2018-04-10 | 2018-04-10 | HOT AIR ENGINE WORKING PERMANENT ACCORDING TO CYCLE DERIVED FROM STIRLING CYCLE |
Applications Claiming Priority (2)
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FR3105303A1 (en) | 2019-12-21 | 2021-06-25 | Pierre Lecanu | Double-turn Stirling engine |
-
2018
- 2018-04-10 FR FR1853095A patent/FR3079877A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR3105303A1 (en) | 2019-12-21 | 2021-06-25 | Pierre Lecanu | Double-turn Stirling engine |
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