Brevet FR3017161A1 — publié le 20150807

Le domaine technique dans lequel s'applique l'invention est celui des machines thermiques à cycle de Stirling. Celles-ci peuvent être utilisées comme moteur, pompe à chaleur ou machine frigorifique. Suivant l'état de la technique antérieure un seul régénérateur est agencé entre le réchauffeur et le refroidisseur. Cela a pour conséquence une utilisation trop fréquente du réchauffeur et du refroidisseur à la place du régénérateur lors des variations adiabatiques de températures dans les espaces de détente et de compression. La structure classique propose d'utiliser deux pistons avec la succession d'un espace de détente, d'un réchauffeur, d'un régénérateur, d'un refroidisseur et d'un espace de compression. L'invention concerne une machine thermique à cycle de Stirling comportant un premier piston mobile de sorte à modifier le volume d'une chambre de détente, comportant un second piston mobile de sorte à modifier le volume d'une chambre de compression, ladite chambre de détente et ladite chambre de compression communiquent par une conduite dans laquelle circule un fluide caloporteur de la chambre de détente vers la chambre de compression ou inversement, suivant le moment dans un cycle de la machine, en traversant depuis la chambre de détente vers la chambre de compression un réchauffeur, un régénérateur, un refroidisseur. Le dispositif comporte en outre un régénérateur situé entre ladite chambre de détente et le réchauffeur et/ou un régénérateur situé entre la chambre de compression et le refroidisseur. Il est ainsi possible, par la mise en oeuvre de un ou de deux régénérateurs de rendre isothermes, autant que possible, les espaces de détente et de compression et d'augmenter le coefficient de performance ou le rendement et/ou la puissance calorique, frigorifique ou mécanique. Dans une forme de réalisation, il est obtenu une machine calorifique comportant une machine thermique à cycle de Stirling dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente vers la chambre de compression : en sortant de ladite chambre de détente un régénérateur, puis un réchauffeur, puis un régénérateur, puis un refroidisseur pour rejoindre ladite chambre de compression, c'est-à-dire ne comportant pas de régénérateur entre la chambre de compression et le refroidisseur. Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de performance et la puissance calorique. Dans une forme de réalisation, il est obtenu une machine frigorifique comportant une machine thermique à cycle de Stirling dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente vers la chambre de compression : en sortant de la dite chambre de détente un réchauffeur, puis un régénérateur, puis un refroidisseur, puis un régénérateur pour rejoindre la dite chambre de compression, c'est-à-dire ne comportant pas de régénérateur entre la chambre de détente et le réchauffeur. Il est ainsi possible d'augmenter le coefficient de performance et la puissance frigorifique. Dans une forme de réalisation, il est obtenu une machine motrice comportant une machine thermique à cycle de Stirling dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente vers la chambre de compression : en sortant de la dite chambre de détente un régénérateur, puis un réchauffeur, puis un régénérateur, puis un refroidisseur, puis un régénérateur pour rejoindre la dite chambre de compression, c'est-à-dire comportant le régénérateur entre la chambre de compression et le refroidisseur ainsi que le régénérateur entre la chambre de détente et le réchauffeur. Il est ainsi possible d'augmenter le rendement et la puissance mécanique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront encore dans la description suivante d'un mode préféré de réalisation et de variantes donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 à 3 sont trois schémas présentant différents types de machines thermiques à cycle de Stirling, selon l'état de l'art, utilisées indifféremment comme moteur, pompe à chaleur ou machine frigorifique. - les figures 4 à 6 sont trois schémas présentant différents types de machines thermiques à cycle de Stirling utilisées comme moteurs suivant un premier mode de l'invention. - les figures 7 à 9 sont trois schémas présentant différents types de machines thermiques à cycle de Stirling utilisées comme pompes à chaleur suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention. - les figures 10 à 12 sont trois schémas présentant différents types de machines thermiques à cycle de Stirling utilisées comme machines frigorifiques suivant un troisième mode de réalisation de l'invention. Les figures 1 à 3 montrent trois types de configurations différentes de machines thermiques à cycle Stirling, selon l'état de l'art, utilisées indifféremment comme moteur, pompe à chaleur ou machine frigorifique, et auxquels l'invention est applicable. Ces configurations sont connues en elles-mêmes et ne seront pas ici détaillées. Il s'agit respectivement: - d'une machine de Rider (figure 1); - d'une machine Stirling à déplacement de deux pistons dans le même cylindre (figure 2); - et d'une machine Stirling à déplacement de deux pistons dans deux cylindres différents (figure 3). Les figures 4 à 12 montrent les mêmes trois types de configurations différentes de machines thermiques à cycle Stirling auxquels l'invention est appliquée (présence d'un ou deux régénérateur(s) supplémentaire(s)). Ces configurations sont connues en elles-mêmes et ne seront pas ici détaillées. Il s'agit respectivement: - de machines de Rider ( figure 4, figure 7 et figure 10); - de machines Stirling à déplacement de deux pistons dans le même cylindre (figure 5, figure 8 et figure 11); - de machines Stirling à déplacement de deux pistons dans deux cylindres différents (figure 6, figure 9 et figure 12). Ces machines comportent toutes les éléments suivants: un premier piston (1), une chambre de détente (2), un réchauffeur (3), un régénérateur (4), un refroidisseur (5), un espace de compression (6) et un second piston (7). Les régénérateurs supplémentaires (20) et (60) sont ajoutés en fonction du type de machine utilisée. Suivant un premier mode de réalisation de l'invention présenté sur les figures 4 à 6, la machine est utilisée comme moteur. Les différents éléments qui la composent sont: un piston 1 dans sa chambre associée, un espace de détente 2, un premier régénérateur supplémentaire 20, un réchauffeur 3, un régénérateur 4, un refroidisseur 5, un deuxième régénérateur supplémentaire 60, un espace de compression 6 et un piston 7 dans sa chambre associée. Le régénérateur supplémentaire 20 assure que l'évolution de température dans l'espace de détente soit isotherme. Le régénérateur supplémentaire 60 assure que l'évolution de température dans l'espace de compression soit isotherme. Suivant un deuxième mode de réalisation de l'invention présenté sur les figures 7 à 9, la machine est utilisée comme pompe à chaleur. Les différents éléments qui la composent sont: un piston 1 dans sa chambre associée, un espace de détente 2, un régénérateur supplémentaire 20, un réchauffeur 3, un régénérateur 4, un refroidisseur 5, un espace de compression 6 et un piston 7 dans sa chambre associée. Le régénérateur supplémentaire 20 assure que l'évolution de température dans l'espace de détente soit isotherme. Suivant un troisième mode de réalisation de l'invention présenté sur les figures 10 à 12, la machine est utilisée comme machine frigorifique. Les différents éléments qui la composent sont: un piston 1 dans sa chambre associée, un espace de détente 2, un réchauffeur 3, un régénérateur 4, un refroidisseur 5, un régénérateur supplémentaire 60, un espace de compression 6 et un piston 7 dans e sa chambre associée. Le régénérateur supplémentaire 60 assure que l'évolution de température dans l'espace de compression soit isotherme. I Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à améliorer le fonctionnement des machines thermiques à cycle de Stirling, notamment le rendement (ou le coefficient de performance) et la puissance. 1 REVENDICATIONS1. Machine thermique à cycle de Stirling comportant un premier piston (1) mobile de sorte à modifier le volume d'une chambre de détente (2), comportant un second piston (7) mobile de sorte à modifier le volume d'une chambre de compression (6), ladite chambre de détente et ladite chambre de compression communiquant par une conduite dans laquelle circule un fluide caloporteur de la chambre de détente vers la chambre de compression et, alternativement, de la chambre de détente vers la chambre de compression, ledit fluide caloporteur traversant depuis la chambre de détente vers la chambre de compression un réchauffeur (3), un régénérateur (4), un refroidisseur (5), caractérisée en ce que la machine thermique comporte en outre un régénérateur (20) situé entre la chambre de détente (2) et le réchauffeur (3) et / ou un régénérateur (60) situé entre la chambre de compression (6) et le refroidisseur (5). 2. Machine calorifique comportant une machine thermique à cycle de Stirling conforme à la revendication 1 dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente (2) vers la chambre de compression (6) : en sortant de ladite chambre de détente un régénérateur (20), puis un réchauffeur (3), puis un régénérateur (4), puis un refroidisseur (5) pour rejoindre ladite chambre de compression. 3. Machine frigorifique comportant une machine thermique à cycle de Stirling conforme à la revendication 1 dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente (2) vers la chambre de compression (6) : en sortant de la dite chambre de détente un réchauffeur (3), puis un régénérateur (4), puis un refroidisseur (5), puis un régénérateur (60) pour rejoindre la dite chambre de compression. 4. Moteur comportant une machine thermique à cycle de Stirling conforme à la revendication 1 dans laquelle le fluide caloporteur traverse depuis la chambre de détente (2) vers la chambre de compression (6) : en sortant de la dite chambre de détente un régénérateur (20), puis un réchauffeur (3), puis un régénérateur (4), puis un refroidisseur (5), puis un régénérateur (60) pour rejoindre la dite chambre de compression.