Brevet FR3105303A1 — publié le 20210625

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 refroidissement Moteur Stirling à double tours La présente invention concerne un moteur Stirling à double tours. 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. 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. 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. 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 Stirling en 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. 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 lesquels La figure 1 est un schéma représentant différentes phases du cycle de Stirling durant le premier tour de rotation du moteur. La figure 2 est un schéma représentant différentes phases du cycle de Stirling durant le second tour de rotation du moteur. Le moteur Stirling selon l’invention est composé de cylindres. Chaque cylindre comportent deux chambres étanches et séparées par un piston. Les pistons exécutent une translation linéaire alternative et ils sont mues par un système bielle-manivelle. Les pistons sont tous en phase. Le système bielle-manivelle n’est pas représenté sur les figures 1 et 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. 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. 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, 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, 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, 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 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, 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, 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, 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. 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. La figure 3 est un schéma représentant une variante des cylindres. 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. la figure 4 est un schéma représentant une autre variante des cylindres avec des températures différentes en extrémité. 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. 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. 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, 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.