FR3105303A1 - Double-turn Stirling engine - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un moteur travaillant selon un cycle de Stirling dont le cycle se déroule sur deux tours de moteurs, dont chaque phase du cycle de Stirling se déroule sur 180 degrés et dont le fluide de travail contenu dans chaque chambre est transféré totalement de chambre en chambre, caractérisé en ce qu’il comporte des cylindres dans lequel se déplace constamment un piston (11, 12, 13, 14) délimitant deux chambres de travail, ((7, 1),(2, 8),(9, 3),(4, 10)), un échangeur de transfert de chaleur contenant deux chambres (5, 6) permettant de réchauffer partiellement le fluide froid par le fluide chaud lors des phases d’élévation en température et refroidissementThe present invention relates to an engine working according to a Stirling cycle, the cycle of which takes place over two engine revolutions, of which each phase of the Stirling cycle takes place over 180 degrees and of which the working fluid contained in each chamber is completely transferred from chamber in chamber, characterized in that it comprises cylinders in which constantly moves a piston (11, 12, 13, 14) delimiting two working chambers, ((7, 1), (2, 8), (9, 3), (4, 10)), a heat transfer exchanger containing two chambers (5, 6) allowing the cold fluid to be partially heated by the hot fluid during the temperature rise and cooling phases
Description
La présente invention concerne un moteur Stirling à double tours.The present invention relates to a twin-turn Stirling engine.
Il existe des moteurs Stirling de type alpha, bêta, gamma.
Il existe le moteur à air chaud travaillant en permanence selon un cycle dérivé du cycle de Stirling selon le brevet FR3079877.
Il existe le moteur à air chaud travaillant essentiellement selon un cycle à trois phases selon le brevet FR2966520.
Les moteurs Stirling actuels réalisent le cycle de Stirling sur un tour de vilebrequin soit sur 360 degrés.
Le moteur Stirling selon l’invention réalise le cycle de Stirling sur deux tours de moteurs soit 2 fois 360 degrés.There are alpha, beta, gamma type Stirling engines.
There is the hot air engine working permanently according to a cycle derived from the Stirling cycle according to patent FR3079877.
There is the hot air engine working essentially according to a three-phase cycle according to patent FR2966520.
Today's Stirling engines perform the Stirling cycle on one revolution of the crankshaft, i.e. 360 degrees.
The Stirling engine according to the invention performs the Stirling cycle over two engine revolutions, ie 2 times 360 degrees.
Le cycle de Stirling comporte 4 phases qui sont une phase de compression isotherme, une phase d’élévation température isochore, une phase de détente isotherme et une phase de refroidissement isochore.
Le moteur Stirling selon l’invention réalise les phases sur 180 degrés, l’avantage est que les temps de transfert de chaleur sont plus longs, ceux qui améliore les performances du moteur.
Comme chaque phase du cycle se déroule sur 180 degrés, il est nécessaire de faire deux tours de moteur.
The Stirling engine according to the invention carries out the phases over 180 degrees, the advantage is that the heat transfer times are longer, which improves the performance of the engine.
As each phase of the cycle takes place over 180 degrees, it is necessary to make two revolutions of the engine.
Les volumes de gaz selon l’invention sont transférés à 100% de chambre en chambre.
Le gaz qui a été utilisé pour réaliser la phase de compression, est utilisé à 100% pour la phase d’élévation de température.
Le gaz qui été utilisé pour réaliser la phase d’élévation en température, est utilisé à 100% pour la phase de détente.
Le gaz qui été utilisé pour réaliser la phase de détente, est utilisé à 100% pour la phase de refroidissement.
Le gaz qui été utilisé pour réaliser la phase de détente, est utilisé à 100% pour la phase de refroidissement.
Le gaz qui été utilisé pour réaliser la phase de refroidissement, est utilisé à 100% pour la phase de compression.
Les volumes de travail du gaz sont parfaitement distincts, ceux qui améliorent les performances du moteur.The volumes of gas according to the invention are transferred 100% from room to room.
The gas that was used to carry out the compression phase is 100% used for the temperature rise phase.
The gas that was used to carry out the temperature rise phase is 100% used for the expansion phase.
The gas that was used to carry out the expansion phase is 100% used for the cooling phase.
The gas that was used to carry out the expansion phase is 100% used for the cooling phase.
The gas that was used to carry out the cooling phase is 100% used for the compression phase.
The working volumes of the gas are perfectly distinct, those which improve the performance of the engine.
Certains moteurs Stirling actuels utilisent un regénérateur ou un échangeur.
Le but de ce regénérateur ou de cet échangeur est d’améliorer le rendement du cycle de Stirlingen refroidissant le gaz après sa détente et en le réchauffant après sa compression.
L’inconvénient de ce regénérateur ou de cet échangeur, est que les transferts de chaleur ne s’effectuent pas simultanément.
L’échangeur selon l’invention permet le transfert de chaleur simultanément et pendant 180 degrés.Some current Stirling engines use a regenerator or an exchanger.
The purpose of this regenerator or this exchanger is to improve the efficiency of the Stirlingen cycle by cooling the gas after its expansion and by heating it after its compression.
The drawback of this regenerator or of this exchanger is that the heat transfers do not take place simultaneously.
The exchanger according to the invention allows the transfer of heat simultaneously and for 180 degrees.
Les caractéristiques du moteur Stirling à double tours qui fait l’objet de l’invention sont décrites en détail en se référant aux dessins non limitatifs annexés dans lesquelsThe characteristics of the double-turn Stirling engine which is the subject of the invention are described in detail with reference to the attached non-limiting drawings in which
Le moteur Stirling selon l’invention est composé de cylindres.
Chaque cylindre comportent deux chambres étanches et séparées par un piston.The Stirling engine according to the invention is composed of cylinders.
Each cylinder has two sealed chambers separated by a piston.
Les pistons exécutent une translation linéaire alternative et ils sont mues par un système bielle-manivelle.The pistons perform an alternating linear translation and are moved by a connecting rod-crank system.
Les pistons sont tous en phase.The pistons are all in phase.
Le système bielle-manivelle n’est pas représenté sur les figures 1 et 2.The connecting rod-crank system is not shown in figures 1 and 2.
Les chambres sont reliées entre-elles par des canalisations.
La configuration des canalisations évolue tous les 180 degrés. Cette configuration est obtenue par exemple par un jeu de tiroirs et de cames.The rooms are interconnected by pipes.
The configuration of the pipes changes every 180 degrees. This configuration is obtained for example by a set of drawers and cams.
L’extrémité des cylindres avec les chambres (7) et (2) est maintenue en température chaude.
L’extrémité des cylindres avec les chambres (1) et (8) est maintenue en température froide
Le cylindre avec les chambres (3) et (9) est maintenu en température froide.
Le cylindre avec les chambres (4) et (10) est maintenu en température chaude.The end of the cylinders with the chambers (7) and (2) is maintained at a hot temperature.
The end of the cylinders with the chambers (1) and (8) is maintained at a cold temperature
The cylinder with the chambers (3) and (9) is maintained at a cold temperature.
The cylinder with the chambers (4) and (10) is maintained at a hot temperature.
Figure 1, le piston (12) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (8) dans la chambre (3).
Le volume de la chambre (3) est nettement inférieur au volume de la chambre (8) et comme les chambres (3) et (8) sont maintenues avec une température froide, il va être opérer la phase de compression isotherme du cycle de Stirling sur 180 degrés.Figure 1, the piston (12) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (8) in the chamber (3).
The volume of chamber (3) is significantly lower than the volume of chamber (8) and as chambers (3) and (8) are maintained at a cold temperature, the isothermal compression phase of the Stirling cycle will be operated. 180 degrees.
Figure 1, le piston (13) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (9) dans la chambre (4) en passant par la chambre 6 de l’échangeur.
Comme les volumes des chambres (9) et (4) sont identiques, comme la chambre (9) est maintenue à température froide et comme la chambre (4) est maintenue à température chaude, il va être opérer la phase d’élévation en température du cycle de Stirling.
La phase d’élévation en température du cycle Stirling n’est pas parfaitement isochore du fait en raison du faible volume de la chambre (6) de l’échangeur.Figure 1, the piston (13) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (9) in the chamber (4) through the chamber 6 of the exchanger.
As the volumes of chambers (9) and (4) are identical, as chamber (9) is maintained at cold temperature and as chamber (4) is maintained at hot temperature, the temperature rise phase will be carried out of the Stirling cycle.
The temperature rise phase of the Stirling cycle is not perfectly isochoric due to the small volume of the chamber (6) of the exchanger.
Figure 1, le piston (14) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (10) dans la chambre (2).
Le volume de la chambre (2) est nettement supérieur au volume de la chambre (10) et comme les chambres (2) et (10) sont maintenues à température chaude, il va être opérer la phase de détente isotherme du cycle de Stirling.Figure 1, the piston (14) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (10) in the chamber (2).
The volume of chamber (2) is significantly greater than the volume of chamber (10) and since chambers (2) and (10) are maintained at a hot temperature, the isothermal expansion phase of the Stirling cycle will be operated.
Figure 1, le piston (11) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (7) dans la chambre (1) en passant la chambre (5) de l’échangeur.
Le volume de la chambre (7) est maintenu à température chaude et comme le volume de la chambre (1) est maintenu à température froide, il va être opérer la phase de refroidissement du cycle de Stirling.
La phase de refroidissement du cycle Stirling n’est pas parfaitement isochore du fait en raison du faible volume de la chambre (5) de l’échangeur.Figure 1, the piston (11) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (7) in the chamber (1) passing the chamber (5) of the exchanger.
The volume of chamber (7) is maintained at hot temperature and as the volume of chamber (1) is maintained at cold temperature, the cooling phase of the Stirling cycle will be carried out.
The cooling phase of the Stirling cycle is not perfectly isochoric due to the small volume of the chamber (5) of the exchanger.
Figure 2, le piston (11) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (1) dans la chambre (9).
Le volume de la chambre (9) est nettement inférieur au volume de la chambre (1) et comme les chambres (1) et (9) sont maintenues avec une température froide, il va être opérer la phase de compression isotherme du cycle de Stirling sur 180 degrés.Figure 2, the piston (11) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (1) in the chamber (9).
The volume of chamber (9) is much lower than the volume of chamber (1) and as chambers (1) and (9) are maintained at a cold temperature, the isothermal compression phase of the Stirling cycle will be operated. 180 degrees.
Figure 2, le piston (13) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (3) dans la chambre (10) en passant par la chambre 6 de l’échangeur.
Comme les volumes des chambres (3) et (10) sont identiques, comme la chambre (3) est maintenue à température froide et comme la chambre (10) est maintenue à température chaude, il va être opérer la phase d’élévation en température du cycle de Stirling.
La phase d’élévation en température du cycle Stirling n’est pas parfaitement isochore du fait en raison du faible volume de la chambre (6) de l’échangeur.Figure 2, the piston (13) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (3) in the chamber (10) through the chamber 6 of the exchanger.
As the volumes of chambers (3) and (10) are identical, as chamber (3) is maintained at cold temperature and as chamber (10) is maintained at hot temperature, the temperature rise phase will be carried out of the Stirling cycle.
The temperature rise phase of the Stirling cycle is not perfectly isochoric due to the small volume of the chamber (6) of the exchanger.
Figure 2, le piston (14) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (4) dans la chambre (7).
Le volume de la chambre (7) est nettement supérieure au volume de la chambre (4) et comme les chambres (7) et (4) sont maintenues à température chaude, il va être opérer la phase de détente isotherme du cycle de Stirling.Figure 2, the piston (14) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (4) in the chamber (7).
The volume of chamber (7) is significantly greater than the volume of chamber (4) and since chambers (7) and (4) are maintained at a hot temperature, the isothermal expansion phase of the Stirling cycle will be operated.
Figure 2, le piston (12) va se mouvoir et va transférer le volume de gaz contenu dans la chambre (2) dans la chambre (8) en passant la chambre (5) de l’échangeur.
Le volume de la chambre (2) est maintenu à température froide et comme le volume de la chambre (8) est maintenu à température froide, il va être opérer la phase de refroidissement du cycle de Stirling.
La phase de refroidissement du cycle Stirling n’est pas parfaitement isochore du fait en raison du faible volume de la chambre (5) de l’échangeur.Figure 2, the piston (12) will move and will transfer the volume of gas contained in the chamber (2) in the chamber (8) passing the chamber (5) of the exchanger.
The volume of chamber (2) is maintained at cold temperature and as the volume of chamber (8) is maintained at cold temperature, the cooling phase of the Stirling cycle will be carried out.
The cooling phase of the Stirling cycle is not perfectly isochoric due to the small volume of the chamber (5) of the exchanger.
Les cylindres avec les pistons (11) et (12) sont maintenues en extrémité avec des températures différentes, il est nécessaire de réaliser ces cylindres avec des matériaux isolants thermiquement de type céramique par exemple.The cylinders with the pistons (11) and (12) are maintained at the end with different temperatures, it is necessary to make these cylinders with thermally insulating materials of the ceramic type for example.
Au lieu d’utiliser un cylindre unique avec des températures différentes en extrémité, il est possible d’utiliser deux cylindres identiques qui sont reliés physiquement par un matériau isolant.
Les deux pistons identiques sont reliés entre-eux par un matériaux isolant.
Instead of using a single cylinder with different end temperatures, it is possible to use two identical cylinders which are physically connected by an insulating material.
The two identical pistons are connected to each other by an insulating material.
Au lieu d’utiliser un cylindre unique, il est possible d’utiliser deux cylindres indépendants possédant chacun une seule chambre et ayant chacun leur propre système bielle. Chaque cylindre est maintenu en température soit par une source froide ou une source chaude.
Instead of using a single cylinder, it is possible to use two independent cylinders each having a single chamber and each having their own connecting rod system. Each cylinder is maintained at temperature either by a cold source or a hot source.
Une variante proposée pour le déplacement des pistons (13) et (14), ces pistons peuvent être libre au lieu d’être mu par un système de bielle-manivelle.
C’est la différence de pression que subissent ces pistons qui permet leur déplacement.A variant proposed for the displacement of the pistons (13) and (14), these pistons can be free instead of being moved by a connecting rod-crank system.
It is the difference in pressure that these pistons undergo which allows their movement.
Claims (1)
moteur caractérisé en ce qu’il comporte
des cylindres dans lequel se déplace constamment un piston (11, 12, 13, 14) délimitant deux chambres de travail, ((7, 1),(2, 8),(9, 3),(4, 10)),
un échangeur de transfert de chaleur contenant deux chambres (5, 6) permettant de réchauffer partiellement le fluide froid par le fluide chaud lors des phases d’élévation en température et refroidissement,
des canalisations reliant les différentes chambres (1, 9, 3, 6, 10, 4, 7, 12, 5, 2), équipé d’organes de type par exemple jeu de tiroirs, de cames, permettant de modifier les liaisons entre ces chambres tous les demi-tours de moteur de sorte:
que lors de la phase de compression isotherme lors du premier demi-tour de moteur (180 degrés), le fluide de travail contenu dans la chambre (1) maintenue à une température froide par une source froide est transféré dans la chambre (9) d’un volume plus faible et maintenue à une température froide par la source froide,
que lors de la phase en élévation en température lors du deuxième demi-tour de moteur, le fluide de travail contenu dans la chambre (9) maintenue à une température froide est transféré dans la chambre (4) maintenue à une température chaude par une source chaude et est préchauffé lors du transfert dans la chambre (6) de l’échangeur,
que lors de phase détente isotherme lors du troisième demi-tour de moteur, le fluide de travail contenu dans la chambre (4) maintenue à une température chaude est transféré dans la chambre (7) maintenue à une température chaude par une source chaude,
que lors de la phase de refroidissement lors du quatrième demi-tour de moteur, le fluide de travail contenu dans la chambre (7) est transféré à la chambre (1) maintenue à une température froide par la source froide et a cédé de la chaleur lors d du transfert dans la chambre (5) de l’échangeur.The present invention relates to an engine working according to a Stirling cycle, the cycle of which takes place over two engine revolutions, of which each phase of the Stirling cycle takes place over 180 degrees and of which the working fluid contained in each chamber is transferred completely from the in the room,
engine characterized in that it comprises
cylinders in which a piston (11, 12, 13, 14) constantly moves delimiting two working chambers, ((7, 1), (2, 8), (9, 3), (4, 10)),
a heat transfer exchanger containing two chambers (5, 6) allowing the cold fluid to be partially heated by the hot fluid during the temperature rise and cooling phases,
pipes connecting the different chambers (1, 9, 3, 6, 10, 4, 7, 12, 5, 2), equipped with organs of the type, for example a set of drawers, cams, making it possible to modify the connections between these chambers every half turn of the engine so:
that during the isothermal compression phase during the first half-turn of the engine (180 degrees), the working fluid contained in the chamber (1) maintained at a cold temperature by a cold source is transferred into the chamber (9) d a smaller volume and maintained at a cold temperature by the cold source,
that during the temperature rise phase during the second half-turn of the engine, the working fluid contained in the chamber (9) maintained at a cold temperature is transferred into the chamber (4) maintained at a hot temperature by a source hot and is preheated during transfer into the chamber (6) of the exchanger,
that during the isothermal expansion phase during the third half-turn of the engine, the working fluid contained in the chamber (4) maintained at a hot temperature is transferred into the chamber (7) maintained at a hot temperature by a hot source,
that during the cooling phase during the fourth half-turn of the engine, the working fluid contained in the chamber (7) is transferred to the chamber (1) maintained at a cold temperature by the cold source and gives off heat during the transfer in the chamber (5) of the exchanger.
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