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Trou
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Est-a
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Tre
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Sthe
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Apte
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Molecule
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phosphorus
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water
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hydrogen
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nitrogen
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Physical
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9 s
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11 s
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6 s
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de 50 Hz
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2 x 105 Pa
(1)
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105 Pa
(1)
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Organism
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pales
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Generic
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2511729A1
Family ID 2963736
Probable Assignee British Aerospace
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title It may prove necessary to keep the operating medium of a
Stirling engine chemically pure.
FR Title MACHINE A CYCLE STIRLING
Abstract
_________________________________________________________________
It may prove necessary to keep the operating medium of a Stirling
engine chemically pure. For this purpose a positive-displacement
structure of a Stirling engine and an input/output device is provided,
for example in the form of a pulsating pressure source if the Stirling
engine is operating as a heat pump. An insulated pressure transmission
device is provided which comprises a movable pressure transmission
element, for example a diaphragm. This diaphragm separates the
operating medium from a driving medium, for example air or oil, which
is supplied with pulsating pressure by a suitable pump.
IL EST PARFOIS NECESSAIRE QUE LE FLUIDE DE TRAVAIL D'UNE MACHINE A
CYCLE STIRLING SOIT CHIMIQUEMENT PUR. L'INVENTION PROPOSE
L'UTILISATION, ENTRE L'ENSEMBLE COMPORTANT LE PISTON AUXILIAIRE 1
D'UNE MACHINE A CYCLE STIRLING ET SON ENSEMBLE D'ENTREESORTIE, PAR
EXEMPLE UNE UNITE D'ALIMENTATION EN PRESSION PULSEE 25 SI LA MACHINE
EST UNE POMPE A CHALEUR, UN ENSEMBLE DE TRANSMISSION DE PRESSION ISOLE
13, INCORPORANT UN ELEMENT DE TRANSMISSION DE PRESSION MOBILE TEL
QU'UNE MEMBRANE 17. LA MEMBRANE ISOLE LE FLUIDE DE TRAVAIL D'UN FLUIDE
DE COMMANDE, TEL QUE DE L'AIR OU DE L'HUILE, FOURNI A UNE PRESSION
PULSEE A PARTIR D'UN DISPOSITIF DE POMPAGE APPROPRIE.
Description
_________________________________________________________________
Machines a cycle Stirling.
La presente invention concerne des machines a cycle Stirling,
c'est-a-dire des moteurs et des pompes a chaleur.et leurs variantes
telles qt des machines a cycle "Ericsson".
Dans une pompe a chaleur a cycle Stirling, un fluide de travail est
deplace entre deux positions et sa pression varie en synchronisme avec
le depla cernent, de sorte que de la chaleur est pompee d'une position
a l'autre. Une telle pompe a chaleur est theoriquement simple, mais
des problemes pratiques se trouvent souleves. Par exemple, il se peut
qu'il soit indispensable que le fluide de travail soit un gaz
chimiquement pur tel que l'helium et que les variations de pression
soient transmises a ce fluide sans qu'il y ait contamination du gaz.
Selon l'un des aspects de la presente invention, on prevoit une
machine a cycle Stirling ou analogue, comprenant un ensemble
comportant un piston auxiliaire, ou un piston auxiliaire deplace un
fluide de travail entre des positions respectives a l'inte- rieur de
l'ensemble en synchronisme avec des variations cycliques de la
pression du fluide, et un ensemble de transmission de pression
comportant une membra ne, avec l'un des cotesde laquelle communique le
fluide de travail, et un moyen pour amener un autre fluide en
communication avec l'autre cote de la membrane, la membrane pouvant se
deplacer de maniere a transmettre des variations de pression cycliques
entre le fluide de travail et l'autre fluide tout en maintenant le
fluide de travail isole de cet autre fluide.
La machine peut etre une pompe a chaleur et comprendre un moyen
d'entrainement permettant de fournir l'autre fluide a la pression
pulsee a 11 au- tre cote de la membrane; par exemple, le moyen d
'entrainement peut comprendre un dispositif fournissant de l'air ou de
l'huile a une pression pulsee.
L'ensemble de transmission de pression peut etre situe a une certaine
distance de l'ensemble comportant le piston auxiliaire et y etre accou
ple au moyen d'un tube, ou bien les deux ensembles peuvent etre
proches l'un de l'autre ou constituer une meme unite.
L'objet de la presente invention est un perfectionnement d'agencement
permettant la pressurisation cyclique du fluide de travail.
Selon un autre aspect de la presente invention, un moyen de
pressurisation pour la production des variations de pression cycliques
du fluide de travail dans un cycle Stirling ou machine analogue
comprend une zone de tube flexible contenant un fluide et un moyen
pour comprimer cycliquement cette zone de tube flexible, de facon que
la pressurisation cyclique du fluide soit effectuee.
De preference, le moyen de compression comprend un element d'appui, et
un element de compression, entre lesquels se trouve la zone de tube
flexible.
L'element de compression peut commodement comprendre une plaque
appariee a l'element d'appui et un element a came effectuant la
compression de la zone de tube flexible entre les deux.
En variante, l'element de compression peut comprendre une roue de
compression comportant une ou plusieurs zones effectuant la
compression de parties successives de la zone de tube flexible pendant
la rotation de la roue.
La presente invention sera bien comprise a la lecture de la
description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints,
dans lesquels: la figure 1 represente une partie d'une pompe a chaleur
a cycle Stirling, les figures 2, 3 et 4 sont des schemas representant
trois modifications possibles de la pompe de la figure 1; les figures
5 et 6 sont des schemas respectifs de parties de deux machines
incorporant des ensembles d'entrainement du type peristaltique.
En liaison avec la figure 1, la pompe comprend un ensemble a piston
auxiliaire comportant un cylindre 2 qui est divisepar une paroi 3 en
deux chambres 4 et 5, la chambre 4 etant la plus grande et renfermant
un piston auxiliaire 6. Le piston auxiliaire 6 comprend un element
cylindrique 7 en materiau de faible poids tel qu'un materiau
plastique, et est entoure par un manchon 8 en tamis metallique, par
exemple, et constituant un regenerateur de chaleur comme cela est
connu dans l'art. Un alesage central 9 s'etend entre les chambres 4 et
5 a travers la paroi 3 et dans cet alesage est monte un piston etroit
definissant une partie 10 en saillie sur une extremite de l'element 7,
cette partie ayant une surface en coupe bien inferieu- re a celle du
piston auxiliaire 6. Un trou de derivation 11 s'etend entre les
chambres le long de l'alesage 9.
Un tube 12 fait communiquer la chambre 5 avec un ensemble de
transmission de pulsations de pression 13. L'ensemble 13 comprend un
element 14 comportant un interieur creux, delimite par des surfaces
interieures coniques opposees 15 et 16 qui forment des sieges
definissant les limites de deplacement d'une membrane 17 en metal tel
qu'en bronze au phosphorus et fixeea l'interieur de l'element 14 de
facon a diviser son interieur entre deux espaces ne communiquant pas
18 et 19.
L'ensemble 1 3 comprend en outre un element en forme de coupe 20 dans
lequel l'element 14 est monte de maniere amovible. Un joint torique-21
place dans une rainure annulaire 22 autour de la surface interieure de
1 'element 20 est en contact avec la surface exterieure de 1' ensemble
13 de maniere a realiser un joint hermetique entre les deux elements.
Les deux elements peuvent etre maintenus couples l'un a l'autre par
tout dispositif d'accrochage approprie pouvant etre libere ou analogue
(non represente).
Le tube 12 communique avec l'espace 18 a un cote de la membrane 17,
alors que l'espace 19 situe a l'autre cote de la membrane communique
avec l'interieur de l'element 20 via des ouvertures 23 pratiquees dans
l'element 14.
Une conduite 24 relie l'element 20 a un clapet de derivation 25,
auquel de l'air comprime est fourni via une conduite d'entree 26 et un
raccord 60 a partir d'une alimentation enair comprime 43, et qui
comporte egalement une conduite de derivation 27 et un element de
clapet rotatoire 28. Pendant la rotation de l'element 28,par exemple
alors qu'il est entraine par un moteur (non represente), la conduite
24 est reliee a la conduite d'entree 26, puis a la conduite 27 suivant
une sequence repetitive, de sorte que l'air se trouvant a l'interieur
de l'element 20 et l'espace 19 a l'interieur de l'element 14 est
soumis a des variations de pression cycliques ou pulsations.
L'espace 18 a l'interieur de l'element 1-4, le tube 12 et les chambres
4 et 5 a l'interieur du cylindre 2 sont remplis d'helium chimiquement
pur au quel, par suite de la presence de la membrane 17, les
pulsations de pression de l'air de l'espace 19 sont transmises alors
que l'helium reste hermetiquement separe de cet air.
Par exemple, pendant la marche,le piston auxiliaire 6 se trouve a une
position proche de l'extremite 29 de la chambre 4, pres de la paroi 3.
Lorsque la pression de l'helium dans la chambre 5 augmente, la
transmission de cette augmentation a la chambre 4 est retardee quelque
peu par suite des petites dimensions du trou 11, de sorte que dans
l'entre-temnsune pression differentielle agit sur la partie 10 de
definition de piston, la depla cant ainsi que le piston auxiliaire 6,
de sorte que le piston auxilaire 6 s'eloigne de la paroi 3 dans la
direction de l'autre extremite 30 de la chambre 4. Par suite de ce
deplacement, l'helium se trouvant precedemment a cette autre extremite
30 de la chambre 4 est deplace vers l'extremite 29 de la chambre, sa
pression croissant dans l'entre-temps par suite de l'action du trou
11. La pression diminue maintenant dans la chambre 5 de sorte que,
avant qu'elle decroisse de maniere correspondante dans la chambre 4,
le piston auxiliaire 6 est ramene a l'extremite 29 de la chambre alors
que l'helium de la chambre 4 est ramene a l'extremite 30.
L'effet des deplacements et des variations de pression continus est de
pomper de la chaleur de l'extremite 30 a l'extremite 29 de la chambre
4. Cette chaleur peut etre extraite via un radiateur de chaleur a
ailettes31 solidaire de l'extremite 29 de la chambre arriere du
cylindre, de sorte que l'autre extremite 30 se refroidit. En variante,
la chaleur peut etre fournie a l'extremite 30 de la chambre de facon
que l'extremite 29 devienne plus chaude.
On remarquera que, si l'agencement doit fonctionner correctement, sa
realisation doit etre faite de maniere appropriee dans ses details.
Par exemple, comme cela est connu de l'homme de l'art, on peut
attribuer a l'ensemble comportant le piston auxiliaire une valeur de
frequence pneumatique qui est fonction des dimensions du trou 11 et du
volume libre de la chambre 4; On choisit cette frequence a une valeur
superieure a la frequence de repetition des pulsations de pression de
l'helium. On choisit le piston auxiliaire 6 avec un poids suffisamment
leger pour que son inertie n'ait pas un effet nefaste sur le
fonctionnement.
A titre d'exemple, la frequence despulsa tionsde pression pourrait
etre, disons, de 50 Hz, bien qu'une frequence superieure puisse
parfois etre avantageuse. Les pulsations de pression a l'interieur de
l'helium pourraient etre comprises entre, par exem ple, 2 x 105 Pa et
20 X 105 Pa, alors que celles due l'air Stheinterieur de l'element 14
seraient comprises dans une plage quelque peu plus grande.
On remarquera que diverses modifications peuvent etre apportees a la
pompe representee. Par exemple, dans l'ensemble 1, le trou 11 peut ne
pas s'averer necessaire s'il y a un trajet de fuite suffisant au
niveau de la partie 10 de piston. La construction particuliere du
piston auxiliaire 6 peut etre modifiee,etde fait, l'ensemble
represente qui comporte le piston auxiliaire peut etre remplace par
toute sorte d'ensemble comportant un piston auxiliaire de pompe a
chaleur a cycle Stirling qui peut fonctionner de maniere a etre
entraine par des pulsations de pression provenant d'un moteur
d'entrainement separe.
Le clapet 20 peut etre elimine si la source d'alimentation 43 peut
fonctionner en soi de maniere a fournir de l'air pressurise pulse. Au
lieu d'air, la source 43 pourrait fournir tout autre fluide approprie
apte a transmettre des pulsations de pression a la membrane 17, par
exemple un autre gaz ou meme de l'huile ou de l'water. Le fluide de
travail de l'ensemble comportant le piston auxiliaire est choisi en
fonction de facteurs tels que les temperatures entre lesquelles on
souhaite pomper la chaleur et par consequent pourrait etre autre que
l'helium; par exemple, de l'hydrogen ou de l'nitrogen pourrait etre
approprie dans certains cas.
La pompe de la figure 1 pourrait etre egalement modifiee comme
represente dans les figures 2, 3 ou 4. En figure 2, la conduite de
derivation 27 est reliee a tube 50 qui conduit a l'ensemble 1
comportant le piston auxiliaire, ou il fournit de l'air de
refroidissement de maniere a faciliter la dissipation provenant du
radiateur de chaleur 31.
En figure 3, le clapet de derivation 25,l'ensemble de transmission de
pulsationsde pression 13 et l'ensemble comportant le piston auxiliaire
constituent des parties d'une pompe a chaleur qui, pour fonctionner,
doit etre reliee par un raccord 60 a, par exemple, une source d'air
comprime d'atelier. Comme en figure 2, l'air evacue par la conduite 27
est achemine jusqu'au radiateur de chaleur 31 de facon a en faciliter
le fonctionnement.
En figure 4, le clapet 25 est separe de la pompe a chaleur qui
comprend maintenant seulement les ensembles 1 et 13 comme
partiesintegrantes,
L'air facilitant le fonctionnement du radiateur de chaleur 31 est
soutire de l'interieur de l'element 20 via une conduite 70, conduite
qui est telle que, grace par exemple a la presence d'une obstruction
71 dans le col, ne soutire pas suffisamment d'air pour influencer le
fonctionnement de l'ensemble comportant le piston auxiliaire.
S'agissant plus particulierement des variantes des figures 2 a 4, mais
eventuellement egalement du mode de realisation de la figure 1, il est
generalement pref erable que la source 43 fournisse de l'air comprime
refroidi.
La source 43 peut ne pas s'averer necessaire si une alimentation
appropriee en air comprime est deja presente au voisinage de la pompe.
En figure 5,un ensemble hermetique contenant un fluide comporte un
dispositif de transmission de pression 101 qui est relie par un tube
de couplage 102a unmoyen de pressurisation represente schematiquement
dans le bloc 103. Le moyen de pressurisation comprend une zone de tube
flexible 104 situeeentre un element d'appui 105 et une plaque de
compression 106. La plaque de compression 106 est comprimee
cycliquement contre l'element d'appui par unecame 107 qui tourne
autour d'un axe 108, ce qui a pour effet de provoquer la compression
de la zone 104.
En plus de la transmission des impulsions de pression cycliques, le
fluide renferme hermetique- ment fournit un milieu de transfert de
chaleur pour le transfert de chaleur a partir du dispositif de
transmission de pression 101, par exemple a la zone du moyen de
pressurisation. Dans ce cas, les elements d'appui et de compression
sont commodement formes d'un materiau conducteur de la chaleur et le
moyen de refroidissement est prevu au droit du moyen de pressurisation
103 ou a proximite de celui-ci.Par exemple, la came 107 peut
comprendre un moyen de ventilateur de refroidissement.
En figure 6, un ensemble etanche contenant un fluide comporte un
dispositif de transmission de pression 110 relie par un tube
d'accouplement 111 a un mrJyen de pressurisation represente
schematiquement dans le bloc 112. Le moyen de pressurisation 112 est
du type peristaltique. Il comprend une zone de tube flexible 113, une
plaque arriere rigide en partie circulaire 114, et un tambour 115
tournant autour d'un axe116. Naturellement, la plaque arriere 114 a sa
portion en partie circulaire formee autour de cet axe.
Le tambour 115 comporte une pluralite de rouleaux 117 places facon a
tourner autour d'axes paralleles a l'axe 116 et equidistants de lui.
La pluralite de rouleaux est telle qu'il y a une compression
progressive et successive de la zone de tube flexible contre la plaque
arriere 114; ils ne s'etendent que partiellement autour de la
peripherie du tambour mais suffisamment pour comprimer a tout moment
cette zone flexible du tube supportee par la plaque arriere 114. La
rotation du tambour provoque ainsi une compression totale de la zone
flexible du tube une fois par tour.
Comme le fluide scelle conduit dela chaleur a partir du dispositif de
transmission de pression 110 tout en transmettard3-a celui-ci des
impulsions de pression cycliques,le moyen de pressurisation 112
comprend un moyen de refridissement ayant la forme de pales de roue de
circulation d'air 117 qui sont formees sur le tambour tournant 115. Le
tambour assume ainsi commodement deux fonctions, celles d'assurer une
pression peristaltique et d'agir en ventilateur d'air de
refroidissement.
Dans un autre agencement, permettant d'assurer que le courant de
fluide dans des agencements ou les moyens permettant d'effectuer la
pressurisation cyclique 112 sont eloignes du dispositif de
transmission de pression 110, le tube de couplage unique 111 est
remplace par des tubes jumeles paralleles lies pour assurer le debit
de fluide par le dispositif de transmission de pression a une
extremite et par des zones de tubes flexibles jumeles (remplacant la
zone unique de tube flexible 113) situees entre la plaque 114 et le
tambour 115, et reuni a a leurs extremites distantes des tubes de
couplage. Cet agencement constitue une boucle fermee; dans cette
boucle fermee, une valve de non-retour est prevue qui permet le
passage du courant dans une seule direction. Certains rouleaux 117 ont
une forme telle qu'ils ne compriment que l'une des deux zones de tubes
flexibles, de sorte que les impulsions de pressurisation sont
entremeleesavec les pulsations de courant. Par exemple, un rouleau 117
peut etre place et/ou forme de facon a fournir un courant effectuant
une impulsion dans un tube, d'ou ii resulte un courant momentane dans
un sens du fluide enferme de maniere etanche a la suite de cette
impulsion de pression beaucoup plus grande dont il a ete question
precedemment.
La presente invention n'est pas limitee aux exemples de realisation
qui viennent d'etre decrits; elle est au contraire susceptible de
variantes et de modifications qui apparaitront a l'homnede l'art.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Machine a cycle Stirling comprenant un ensemble comportant un
piston auxiliaire, caracterisee en ce qu'un piston auxiliaire deplace
un fluide de travail entre des positions respectives a l'interieur de
l'ensemble en synchronisme avec des Variations cycliques de pression
du fluide, et un ensemble de transmission de pression comprenant un
element mobile avec un cote duquel communique le fluide de travail, et
un moyen pour acheminer un autre fluide en communication avec l'autre
cote de l'element mobile, cet element mobile pouvant se deplacer de
maniere a transmettre des variations cycliques de pression entre le
fluide de travail et l'autre fluide tout en maintenant le fluide de
travail isole de l'autre fluide.
2. Machine selon la revendication 1, caracteriseeen ce que l'element
mobile comprend une membrane mobile de facon elastique.
3. Machine selon la revendication 1, caracterisee en ce qu'elle peut
fonctionner en pompe a chaleur, et comprend un moyen d'entrainement
pour la fourniture de l'autre fluide suivant une pression de pulsation
a l'autre cote de l'element mobile.
4. Machine selon la revendication 3, caracteriseeen ce que le moyen
d'entrainement comprend un moyen d'alimentation en air comprime.
5. Machine selon la revendication 3, caracterisee en ce que le moyen
d'entrainement comprend une pompe a huile.
6. Machine selon la revendication 1, caracteriseeen ce que les
ensembles comportant le piston auxiliaire et de transmission de
pression sont des unites separees ne constituant pas des parties d'une
meme structure, et sont interconnectes par un moyen de conduite de
maniere a renfermer le fluide de travail.
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