Brevet FR2556448A1 — publié le 19850614

1. La présente invention concerne un dispositif pro- voquant des turbulences pour moteur à cycle stirling et, plus particuliërement, un.dispositif destiné à produire des turbulences dans le courant d'air introduit dans la chambre de combustion d'un moteur à cycle stirling. Un moteur a cycle stirling est un type de moteur à combustion interne qui comprend une chambre de combustion pour y brtler du carburant afin de produire de la chaleur utilisée pour le chauffage d'un gaz de travail par l'in- termédiaire d'un éezangeur de chaleur. Dans ce type de mo- teur à cycle stirling, il est essentiel pour obtenir un meilleur rendement thermique, d'améliorer l'efficacité de la combustion dans la chambre ainsi que celle de l'échangeur de chaleur. Dans le but d'améliorer l'efficacité de la combustion, les moteurs à cycle stirling classiques compor- tent un dispositif provoquant des turbulences dans le canal de l'air d'admission entrant dans la chambre de combustion de manière à faire tourbillonner cet air. Les dispositifs provoquant des turbulences de l'art antérieur comportent une chambre de turbulence présentant une pluralité de 2. conduites d'entrée sensiblement rectilignes, dirigées sensiblement dans. le sens tangentiel, par lJintermé- diaire desquelles l'air d'admission est entrainé dans la chambre y provoquant des turbulences. L'air d'admis- sion ainsi soumis à des turbulences est alors introduit dans la chambre de combustion. Dans le cas o l'on a pré- vu quatre conduites d'entrée, celles-ci sont disposées per- pendiculairement les unes aux autres. Cependant, un dispositif provoquant des turbulen- ces de l'art antérieur a l'inconvénient que le courant d'air d'admission provenant de l'une des conduites d'en- trée interfere avec l'air d'admission provenant d'une autre conduite d'entrée, d'o une perte de pression impor- tante. En outre, une telle interférence a pour effet d'affaiblir les turbulences de l'air d'admission et d'empêcher un mélange uniforme du carburant et de l'air d'admission, ce qui se traduit par une combustion in- complète du carburant. On notera en outre que les condui- tes d'entrée ne peuvent assurer une surface de passage suffisante pour l'air d'admission de sorte que la vitesse du courant d'air d'admission est inévitablement accrue, d'o des pertes importantes par frottement. Dans un mo- teur à cycle stirling classique, qui comporte le dispo- sitif provoquant des turbulences venant d'être cité, il est nécessaire d'utiliser un ventilateur de grande capa- cité pour compenser la perte de pression, la combustion incomplète et les pertes par frottement, La présente invention a pour objet un disposi- tif provoquant des turbulences pour moteur & cycle stir- ling qui puisse soumettre l'air d'admission à des turbu- lences violentes avec une perte de pression moins grande. La présente invention a pour objet un dispositif provoquant des turbulences pour moteur à cycle stirling qui comporte un moyen d'admission pouvant introduire l'air d'admission avec de moins grandes pertes dues au frottement. 3, La présente invention a pour autre objet un dispositif provoquant des turbulences pour moteur à cy- cle stirling dans lequel les problèmes venant d'être ci- tés sont surmontés. Selon la présente invention, on satisfait les objets précédents ainsi que d'autres objets avec un dis- positif provoquant des turbulences pour moteur à cycle stirling comportant une paire de plaques sensiblement pa- rallèles, espacées l'une de l'autre,ces plaques compor- tant respectivement des ouvertures centrales qui sont sensiblement en alignement, une pluralité d'ailettes de guidage en spirale disposées entre les plaques parallèles, chaque ailette ayant une courbure dans laquelle une ligne tangente à un point de l'ailette fait avec une ligne droite passant par ce point et le centre de l'ouverture centrale un angle sensiblement constant,compris entre 30 et 80 , de sorte que deux ailettes de guidage contiguës définissent un passage d'entrée dont la surface diminue progressive- ment dans la direction de l'ouverture centrale. Selon la présente invention, on prévoit en ou- tre un brûleur pour moteur à cycle stirling, ce braleur comportant un orifice d'entrée d'air, un orifice d'échap- pement et une chambre de combustion entre les orifices d'entrée et d'échappement, la chambre de combustion compor- tant une entrée munie d'un dispositif provoquant des tur- bulences,qui comporte une paire de plaques sensiblement parallèles, espacées, dans lesquelles sont respectivement ménagées des ouvertures centrales présentant respective- ment des centres sensiblement alignés, une pluralité d'ai- lettes de guidage en spirale disposées entre les plaques parallèles, chaque ailette ayant une courbure dans laquel- le une ligne tangente à un point de l'ailette fait avec une ligne droite passant par ce point et le centre de l'ouver- ture centrale un angle sensiblement constant, compris en- tre 30 et 80 , de sorte que deux ailettes contiguës 4. définissent un passage d'entrée dont la surface diminue pro- gressivement dans la direction de l'ouverture centrale,ce passage communiquant à son extrémité contiguë aux ouvertu- res centrales avec la chambre de combustion et à son autre extrémité avec l'orifice d'entrée, un moyen d'injection de carburant étant positionné dans une surface définie par les ouvertures centrales des plaques. Selon les caractéristiques de la présente inven- tion, l'air d'admission circule à partir des extrémités radialement extérieures des passages d'entrée en suivant les configurations en spirale des ailettes de guidage jusqu'aux extrémités radialement intérieures des passages d'entrée. La vitesse du courant d'air augmente progressivement dans les passages d'entrée, car ces passages ont des surfaces qui diminuent progressivement et débouchent dans la zone définie par les ouvertures centrales de la plaque dans des directions en spirale produisant une turbulence violente et répartie uniformément dans l'air d'admission. Ainsi, il est possible d'assurer un mélange uniforme du carbu- rant et de l'air, de sorte qu'on obtient une combustion sensiblement complète. D'autre part, les turbulences assu- rent une répartition uniforme de la flamme de combustion et diminuent les différences de température dans la cham- hre de combustion. Il est donc possible d'éviter toute surchauffe locale de sorte qu'on obtient une augmentation de la durée de vie du brûleur. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite. en li.aison avec les des- sins ci-joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe verticale d'un brtleur pour moteur à cycle stirling auquel s'applique la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe d'un disposi- tif provoquant des turbulences selon une réalisation clas- sique, la coupe étant prise le long de la ligne II - II de la figure 3; 5. La figure 3 est une vue en coupe du dispositif représenté en figure 2, la coupe étant prise le long d'un plan perpendiculaire au plan de la figure 2; La figure 4 est une vue en coupe, semblable à la figure 2, mais représentant un mode de réalisation de la présente invention; et La figure 5 est une vue en coupe prise sensible- ment le long de la ligne V - V de la figure 4. En liaison avec les figures, en particulier avec la figure 1, on a représenté une partie d'un moteur à cy- cle stirling 1, comportant un brûleur 2. Le brtleur 2 com- prend une chambre de combustion 3 et des tuyaux de chauffa- ge 5 disposes dans la chambre de combustion 3. Les tuyaux de chauffage 5 sont connectés aux cylindres de travail 4 comme dans un moteur à cycle stirling classique. Le brûleur 2 comporte un orifice d'entrée d'air 9 et un orifice d'échap- pement 12. Autour de la chambre de combustion 3 est dispo- sé un pré-chauffeur 6 qui est situé dans le trajet des gaz de combustion allant de la chambre de combustion 3 à l'orifice de sortie 12. L'orifice d'entrée 9 est égale- ment relié par l'intermédiaire du pré-chauffeur 6 à une chambre d'admission 11 formée au-dessous d'un couvercle supérieur 10 du brûleur 2. La chambre d'admission 11 est à son tour reliée, par l'intermédiaire d'un dispositif provoquant des turbulences 8, à la chambre de combustion 3 de sorte que l'air d'admission provenant de l'orifice d'entrée 9 est pré-chauffé par. les gaz de combustion avant son introduction dans la chambre de combustion 3. Un injec- teur de carburant 7 est prévu dans le dispositif provo- quant-des turbulences 8. En liaison maintenant avec les figures 2 et 3, on a représenté un exemple de dispositif classique 8. Le dispositif 8 comporte une charibre circulaire 8a pour pro- voquer des turbulences ayant quatre conduites d'entrée 13 dirigées sensiblement dans le sens tangentiel, qui sont 6. sensiblement perpendiculaires les unes aux autres. Chaque conduite d'entrée 13 comporte une extrémité d'en- trée 15 débouchant dans la chambre d'admission 11 et une extrémité de sortie 14 débouchant dans la chambre 8a provoquant des turbulences. L'injecteur de carburant 7 procède à l'injection de carburant dans la chambre 8a. Le dispositif 8 provoquant des turbulences et ayant la concep- tion précédente a les inconvénients qu'on a mentionnés précédemment. En liaison maintenant avec les figures 4 et 5, on a représenté un mode de réalisation de la présente inven- tion qui est désigné dans ses grandes lignes par la réfé- rence 20. Le dispositif 20 provoquant des turbulences comprend une paire de plaques parallèles, espacées, 21 et 22, dans lesquelles sont ménagées des ouvertures cen- trales 23 en alignement dans le sens vertical. Entre les plaques 21 et 22 il y a une pluralité d'ailettes de guida- ge en spirale 24 qui s'étendent entre la périphérie exté- rieure de la plaque et l'ouverture centrale 23. Ainsi, on a défini un passage d'entrée d'air 25 comportant une extrémité d'entrée 26 et une extrémité de sortie 26a entre deux ailettes contiguës 24. Chaque ailette de guidage 24 a une courbure dans laquelle une ligne tangente à un point quelconque, par exemple aux points A, B ou C, fait avec une ligne droite passant par ce point et le centre 0 de l'ou- verture centrale 23 un angle a qui est sensiblement cons- tant et compris entre 30Q et 80 , Ainsi, le passage d'en- trée 25 présente une large ouverture d'entrée, dont la surface diminue progressivement dans la direction de l'extrémité de sortie.L'air d'admission est par consé- quent introduit entre la chambre d'admission 11 et les pas- sages d'entrée 25 sans que sa vitesse diminue, mais la vitesse du courant d'air d'admission augmente progressive- ment dans les passages 25 et l'air est déchargé dans la chambre 27 provoquant des turbulences, qui est définie 7, dans les ouvertures centrales 23 le long des ailettes de guidage 24 pour produire de violentes turbulences. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits,elle est au contraire susceptible de modifications et de va- riantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. 8. () RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 556 449 INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication un le le Co N cc oe U. REVENDICATIONS 1 - Dispositif (20) provoquant des turbulences pour moteur à. cycle stirling, comportant une paire de plaques espacées (21,22), les plaques présentant respecti- vement des ouvertures centrales (23) qui ont respective- ment des centres sensiblement en alignement, une pluralité d'ailettes de guidage en spirale (24) disposées entre les plaques parallèles, chaque ailette ayant une courbure dans laquelle une ligne tangente à un point quelconque de l'ailette fait avec une ligne droite passant par ce point et le centre de l'ouverture centrale un angle qui est sensiblement constant et compris entre 30 et 80 de sorte que deux ailettes contiguës définissent un passage d'en- trée (25) dont la surface diminue progressivement dans la direction de l'ouverture centrale. 2 - Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'ailette de guidage (24) s'étend entre un bord périphérique extérieur de chaque plaque et un bord périphérique intérieur défini par l'ouverture centrale. 3 - Brtleur pour moteur à cycle stirling, qui comprend un moyen d'orifice d'entrée, un moyen d'ori- fice d'échappement et un moyen de chambre de combustion entre le moyen d'orifice d'entrée et le moyen d'orifice d'échappement, le moyen de chambre de combustion compor- tant un moyen d'entrée muni d'un moyen de production de turbulences (20) qui comporte une paire de plaques espa- cées (21, 22) présentant respectivement des ouvertures centrales (23) ayant respectivement des centres. qui sont sensiblement en alignement,une pluralité d'ailettes de guidage en spirale (24) disposées entre les plaques paral- lèles, chaque ailette ayant une courbure dans laquelle une ligne tangente à un point de l'ailette fait avec une ligne droite passant par ce point et le centre de l'ouverture centrale un angle qui est sensiblement constant de sorte que deux ailettes de guidage contiguës définissent un pas- sage d'entrée (25) dont la surface diminue progressivement 9. vers l'ouverture centrale, le passage d'entrée communi- quant à une extrémité (26a) contiguë aux ouvertures cen- trales avec le moyen de chambre de combustion et à son autre extrémité (26) avec le moyen d'orifice d'entrée. 4 - Brûleur selon la revendication 3,caracté- risé en ce que chaque ailette de guidage fait un angle qui est compris entre 30 et 80 . - Brûleur selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'une chambre provoquant des turbulences (27) est définie par les ouvertures centrales (23), et un in- jecteur de carburant (7) est situé dans cette chambre. 6 - Brleur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les plaques (21, 22) sont sensiblement parallèles. 7 - Braleur selon la revendication 3,caracté- risé en ce que les plaques (21, 22) sont sensiblement parallèles.