FR 2115217 A1 19720707 FR 7141206 A 19711117 71 41206 - ' 2115217 La présente invention concerne une machine thermodynamique alternative, notamment du type comprenant un piston disposé dans un cylindre et délimitant une chambre de détente, le piston se déplaçant alternativement dans le cylindre du fait de la 5 différence variable entre la force exercée par la pression du gaz admis dans la chambre de détente et une force antagoniste. On peut assurer une réfrigération à l'aide du gaz qui se trouve dans la chambre de détente et fournit du travail en agissant contre le piston. Bien que dans le présent mémoire, on décrive11in-10 vention appliquée à la production de froid, il est possible de l'utiliser comme moteur à gaz chaud. Les machines thermodynamiques alternatives connues du ty- . pe cité comprennent souvent un dispositif mécanique compliqué de distribution assurant l'entrée et la sortie du gaz de la cham-15 bre de détente. L'invention concerne un dispositif simple à distributeur destiné à une machine thermodynamique, alternative. L'invention concerne une machine thermodynamique alternative comprenant un cylindre, un piston alternatif placé dans celui-ci, une entrée de gaz dans la paroi du cylindre, une sor-20 tie de gaz dans ladite paroi, un ou plusieurs tiroirs placés entre la paroi du cylindre et le piston et commandés par ce der- à nier, de manière à ouvrir et/fermer l'entrée et la sortie, une chambre de détente comprenant l'espace délimité par une extrémité du piston et le cylindre et qui peut recevoir du gaz péné-25 trant par l'entrée et le chasser par la sortie, et un régénérateur destiné à assurer un échange de chaleur entre le gaz entrant dans la chambre de détente et celui qui la quitte, le piston étant entraîné par la composante de deux forces, l'une exercée par le gaz présent dans la chambre de détente et l'autre étant 30 une force antagoniste. La détente du gaz peut avoir lieu dans la chambre de détente, et en plus ou dans une variante, la machine peut être aussi disposée de manière que le gaz se détende lors de 1'échappement de la chambre. 35 La force antagoniste peut être exercée par exemple par un ressort, par un liquide hydraulique ou par un dispositif quelconque associé par une tringlerie mécanique. 71 41206 2115217 De préférence, la force antagoniste est exercée par un gaz présent dans une chambre d'entraînement qui comprend l'espace délimité par les extrémités du piston et du cylindre qui sont opposées aux extrémités qui délimitent la chambre de dé-5 tente. Le cas échéant, la chambre d'entraînement peut comprendre de plus l'espace délimité par une chambre séparée communiquant avec la partie de la chambre d'entraînement qui se trouve dans le cylindre. Si un gaz fournit la force antagoniste, l'extrémité du 10 piston sur laquelle s'exerce la pression constitue un piston secondaire qui comprime le gaz d'entraînement lorsque le piston se déplace de manière à accroître le volume de la chambre de détente. Dans le présent mémoire, un tel ensemble de piston^>rin-cipal et auxiliaire est appelé "piston" simplement, par rai-15 son de commodité. La pression dans la chambre d'entraînement se maintient entre des limites telles que le déplacement alternatif du piston est facilité. On peut obtenir cette disposition en fournissant du gaz sous pression à la chambre d'entraînement, et en 20 plaçant un dispositif de décharge en communication avec la chambre d'entraînement, réglé de manière à évacuer le gaz à une pression comprise entre les valeurs maximale et minimale créées dans la chambre de détente par le piston. Cette disposition présente l'inconvénient qu'on peut perdre une quantité considérable 25 de gaz sous pression lorsque la machine fonctionne. On peut réduire la consommation de gaz de la machine en divisant la chambre d'entraînement en deux compartiments communicants, le premier compartiment étant en partie limité par l'extrémité du piston. De préférence, ce type de machine comprend de 30 plus un clapet de retenue placé entre les compartiments. Le rôle du second compartiment est d'être une réserve pour le premier. La chambre d'entraînement est avantageusement divisée en compartiments, soit par une plaque placée dans le cylindre, soit 35 par l'extrémité du cylindre elle-même. De préférence, le clapet de retenue permet le passage du gaz uniquement du premier au second compartiment, et un dispositif régie le débit du gaz en sens opposé lorsque le 71 41206 2115217 clapet est fermé. Cette disposition présente l'avantage que la vitesse de déplacement du piston, nécessaire à,la réduction du volume de la chambre de détente, peut être réduite, ce qui rend minimale la compression nuisible du gaz dans la chambre de dé-5 tente. Cependant, on peut obtenir de bons résultats lorsque le clapet ne permet au gaz de s'écouler que dans la direction opposée. De préférence, l'un des compartiments de la chambre d'entraînement est alimenté à faible débit en gaz sous pression qui 10 compense les fuites de gaz de ladite chambre. De préférence,lë volume du second compartiment est au moins le double de celui du premier. Ceci empêche des variations" excessives de pression dans le second compartiment et' maintient le premier à une pression sensiblement constante lorsque son vo-15 lume croît. Il est souhaitable que deux joints annulaires d'étanchéi-té se trouvent entre le piston et la face interne de la paroi du cylindre, l'un des joints étant disposé d'un côté de l'entrée et de la sortie de la chambre de détente et l'autre étant 20 placé de l'autre côté. Ceci permet la séparation étanche des deux chambres. Cependant, une certaine partie du gaz s'échappe de la chambre d'entraînement au niveau du joint le plus proche de cette chambre, lorsque la pression dans celle-ci est supérieure à celle qui règne dans la chambre de détente. Aussi, pour 25 régler la pression dans la chambre d'entraînement, il est nécessaire de remplacer une petite quantité de gaz qui fuit au niveau du joint placé le plus près de la chambre d'entraînement. En pratique, le gaz peut parvenir à cette chambre par un passage de faible section qui conduit à la chambre depuis un passage par-30 venant à l'entrée de la chambre de détente. Le passage de section réduite peut^par exemplejêtre un conduit de faible section, ou un conduit muni d'un robinet à pointeau. On constate qu'on peut alimenter la chambre d'entraînement avec un débit inférieur à 1 fo du débit d'alimentation de la chambre de détente. 35 Dans un mode de réalisation particulièrement simple de la machine de l'invention, celle-ci comprend un seul tiroir formé d'un seul anneau coopérant à frottement avec la face interne de la paroi du cylindre. Pour que l'entrée et la sortie de la cham 71 41206 2115217 bre de détente ne puissent être ouvertes simultanément, il est souhaitable que la longueur du tiroir, suivant l'axe du cylindre, soit supérieure à la distance comprise entre l'entrée et la sortie, suivant le même axe. De préférence, le tiroir annu-5 laire est placé entre les parois d'extrémité d'une cavité du piston et il est entraîné par une des parois d'extrémité, ou successivement par les deux. Pour que la machine puisse produire la réfrigération la plus efficace, il est souhaitable que la sortie reste ouverte 10 lorsque le volume de la chambre de détente diminue, de manière à rendre minimale la compression dans la chambre de détente. De plus, lorsque le volume de cette chambre croît, il est souhaitable que l'entrée et la sortie soient toutes deux fermées pour permettre au gaz de la chambre de détente de se détendre et de 15 se refroidir considérablement. Dans le cas du distributeur ne comportant qu'un tiroir annulaire, on constate qu'on obtient un refroidissement amélioré lorsque la longueur de la cavité mesurée suivant l'axe du cylindre est supérieure à la longueur du tiroir suivant le 20 même axe d'une distance suffisante pour que l'entrée soit fermée et la sortie ouverte pendant la plus grande partie de la période au cours de laquelle le piston se déplace en réduisant le volume de la chambre de détente, et pour permettre à l'entrée à'être d'être ouverte et à la sortie/fermée pendant la plus grande par-25 tie de la période au cours de laquelle le piston se déplace en accroissant le volume de la chambre de détente. Dans un mode de réalisation encore plus efficace de machine ne comportant qu'un seul tiroir de distributeur, la face d'extrémité du tiroir, tournée vers la chambre de détente, peut 30 former joint contre la paroi d ' extrémité de la cavité tournée vers elle. De préférence, l'une des faces d'extrémité et la paroi d'extrémité permettent le logement d'un joint d'étanchéité de manière que l'un de ces éléments coopère avec l'autre de façon étanche. Lorsqu'on utilise ce type de distributeur, pendant 35 la plus grande partie de la période au cours de laquelle le piston se déplace en accroissant le volume de la chambre de détente, le joint formé entre la face d'extrémité du tiroir et la paroi d'extrémité de la cavité ferme la sortie, et le tiroir ferme 71 41206 2115217 l'entrée. Pour que le joint entre la face d'extrémité du tiroir et la paroi d'extrémité de la cavité se maintienne pendant une période suffisamment longue, il faut en général que le tiroir ait une longueur supérieure à celle d'un tiroir dont la face 5 d'extrémité n'assure pas l'étanchéité contre la paroi de la cavité . Un autre mode de réalisation de machine donnant un bon rendement thermodynamique comprend un tiroir pour l'entrée et un tiroir séparé pour la sortie, chaque tiroir comprenant un anneau 10 coopérant à frottement avec la face interne de la paroi du cylindre. De préférence, chaque tiroir est disposé entre les parois d'extrémité d'une cavité du piston, et il se déplace lorsqu'il est au contact des parois d'extrémité de la cavité dans laquelle il se trouve. De préférence, la différence de longueur 15 du tiroir de sortie et de la cavité dans laquelle il se trouve est supérieure à la différence de longueur du tiroir d'entrée et de la cavité dans laquelle se trouve celui-ci, si bien que l'entrée et la sortie peuvent être fermées pendant la plus grande partie de la période au cours de. laquelle le piston se déplace 20 en accroissant le volume de la chambre de détente. Il faut noter qu'on peut tolérer une petite fuite de gaz au niveau d'un tiroir lors de la fermeture de l'entrée ou de la sortie, et cela facilite le démarrage de la machine. Cependant, en cas de difficulté au démarrage, on constate que l'ouverture 25 du dispositif de décharge évacuant le gaz de la chambre d'entraînement assure une impulsion suffisante pour le démarrage de la machine. De préférence, le régénérateur est disposé dans le piston, et cela simplifie la construction. Dans une variante, on 30 peut enfermer le régénérateur dans une chambre séparée, ou le placer entre les parois du piston et du cylindre. L'extrémité la plus chaude du cylindre, c'est-à-dire celle qui se trouve du côté de la chambre d'entraînement, peut être refroidie par le gaz évacué par le régénérateur autour de la face 35 externe du cylindre, à l'extrémité la plus chaude. A cet effet, la machine comprend une chemise et des gorges annulaires disposées à la face externe du cylindre, si bien que le gaz évacué de la chambre de détente doit circuler dans les gorges. 71 41206 2115217 De préférence, l'entrée et la sortie comprennent chacune plusieurs petits orifices disposés dans la paroi du cylindre, et communiquent avec un passage d'un manchon disposé autour de la paroi du cylindre et comportant un canal d'entrée et un ca-5 nal de sortie. Le cas échéant, on peut mouler le piston et le cylindre en matière plastique. Une matière qu'on préfère pour la réalisation du piston est une résine phénolique contenant des fibres. D'autres résines 10 synthétiques qui conviennent sont des polyamides, des polyimides, des résines acrylique, époxyde, acétal et polyester. Le ou les tiroirs peuvent être par exemple en partie en polytétrafluoréthylène. De préférence, celui-ci est chargé de fibres de verre. Dans une variante, le polytétrafluoréthylène 15 est renforcé d'autres fibres ou de carbone. Le régénérateur est en matière possédant une chaleur spécifique élevée. Une telle matière est par exemple constituée par une toile métallique en bronze phosphoreux, bien connu dans la technique. 20 Le cas échéant, la zone du cylindre dans laquelle se trouvent l'entrée et la sortie de la chambre de détente peut avoir une section inférieure à la zone qui délimite en partie la chambre de détente. Ceci présente l'avantage de réduire le volume compris entre la chambre de détente et la chambre d'en-25 traînement et dans lequel le gaz n'assure aucune fonction utile, cela accroissant le rendement de la machine. On peut utiliser une telle machine pour refroidir un gaz à une température très basse. On réalise ceci en dotant la machine de plusieurs étages de régénération. 30 Une telle machine peut avantageusement comprendre un piston en gradins comprenant des régénérateurs séparés et disposés dans un cylindre étagé. Pour que la machine assure une réfrigération, une partie au moins de la zone du cylindre qui délimite en partie la 35 chambre de détente peut être en matière conductrice de la chaleur, facilitant le transfert entre la charge en cours de refroidissement et le gaz qui se trouve dans la chambre de détente. Par exemple, le cylindre peut comprendre un capuchon de cuivre 71 41206 • 2115217 disposé à la base de la chambre de détente. On peut aussi utiliser une machine selon l'invention pour de refroidir un gaz, par exemple dans un etage d'une installation/liquéfaction. 5 La machine convient particulièrement au refroidissement des parois d'un piège à vapeur d'un dispositif à vide, ou on peut l'utiliser comme cryopompe. La machine de l'invention présente l'avantage de comporter peu de parties mobiles et, dans les modes de réalisation pré-10 férés, seul le piston et le ou les tiroirs sont mobiles. Ainsi, la machine est simple et peu coûteuse à fabriquer. Un autre avantage des modes de réalisation préférés de la machine de l'invention est que l'usure par frottement d'un tiroir n'est pas extrêmement nuisible au fonctionnement de la 15 machine, car une petite fuite de gaz au niveau du tiroir a peu ou pas d'effet nuisible. L'invention concerne aussi un procédé de réfrigération mettant en oeuvre la machine de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention 20 ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique en coupe partielle d'un mode de réalisation de machine thermodynamique alternativ^comprenant un tiroir constitué par un anneau unique ; 25 la figure 2 représente schématiquement en coupe partielle un second mode de réalisation de machine comprenant deux anneaux jouant le rôle de tiroirs } la figure 3 est une perspective de la face externe d'un cylindre faisant partie de la machine représentée sur les fi-30 gures 1, 2, 4, 9 et 12 ; la figure 4 représente schématiquement en coupe partielle un troisième mode de réalisation d'une machine qui comprend un tiroir unique destiné à fermer la sortie vers la chambre de détente en formant un joint avec la paroi d'une cavité du piston ; 35 la figure 5 représente schématiquement en coupe partielle un mode de réalisation de machine dans laquelle le générateur se trouve à l'extérieur du piston ; la figure 6 représente schématiquement en coupe partielle une machine selon l'invention Comprenant deux étages de régénération ; la figure 7 est un diagramme montrant les variations de la 5 pression/dans la chambre de détente en fonction des positions 1 du piston au cours du fonctionnement de la machine de la figure 1 ; la figure 8 est un diagramme montrant les variations de la pression/dans la chambre de détente en fonction de la position/du piston au cours du fonctionnement de la machine de la 10 figure 2 ou de celle de la figure 4 ; la figure 9 représente schématiquement en coupe partielle un autre mode de réalisation de la machine de l'invention, comprenant une chambre d'entraînement à deux compartiments ; la figure 10 est une vue en plan d'une partie de la ma-15 chine de la figure 9 ; la figure 11 est un diagramme montrant les variations de la pression dans la chambre de détente P et dans le premier com-PC D partiment/^et la position/du tiroir en fonction de la position d dù piston qui se déplace alternativement au cours du fonctionnement 20 de la machine des figures 9, 12 ou 13 ; la figure 12 représente schématiquement en coupe partielle un autre mode de réalisation de machine de l'invention, comprenant une chambre d'entraînement à deux compartiments ; et la figure 13 représente schématiquement en coupe par-25 tielle un mode de réalisation de machine selon l'invention comportant un faible volume mort compris entre la chambre de détente et la chambre d'entraînement. Dans la description qui suit, les éléments analogues portent sur les diverses figures des références identiques, et on 30 décrit le fonctionnement de chaque machine lorsque celle-ci est disposée verticalement, la chambre d'entraînement se trouvant au-dessus de la chambre de détente, bien qu'on puisse évidemment utiliser ces machines dans d'autres positions. Dans la machine des figures 1 et 3, un piston 2 est logé 35 dans un cylindre 4 en acier inoxydable et délimite dans celui-ci une chambre de détente 6 et une chambre d'entraînement 8. Une entrée de la chambre 6 est assurée par plusieurs petits orifices circonférentiels 12 formés dans la paroi du cylin- 71 41206 - 9 2115217 dre 4, et une sortie de la chambre 6 est constituée par plusieurs petits orifices circonférentiels 22 de la paroi du cylindre 4, disposés au-dessous des orifices 12. Autour de la zone de la face externe de la paroi du cylindre 4 dans laquelle 1 2 et 5 se trouvent les orifices/22, la machine comporte un manchon 16 qui forme avec la paroi du cylindre 4 des compartiments annulaires 18 et 20 destinés au passage du gaz se dirigeant vers les orifices 12 et provenant des orifices 22. Un canal d'entrée 14 venant d'une réserve de gaz à pression élevée (non repré-10 sentée) communique avec le compartiment 18. Un canal de sortie 24 destiné à l'évacuation du gaz provenant de la chambre 6, part du compartiment 20. Du gaz à pression élevée pénètre dans le canal 1"4 et passe autour du compartiment annulaire 18, puis dans les orifices 12, 15 et dans le cylindre 4 où il passe autour d'une cavité 26 comportant des parois 28 et 30 en regard et placée dans le piston 2, le gaz passant ensuite dans un passage 32 et dans un régénérateur 34 en bronze phosphoreux, placé à l'intérieur du piston 2, avant d'atteindre la chambre 6. Le gaz sortant de la chambre 6 20 passe dans le régénérateur 34 et dans le passage 32, aitour de la cavité 26 et sort du cylindre 4 par les orifices 22 et le compartiment 20 d'où il s'échappe par le canal 24. L'ouverture ou la fermeture des orifices 22 et 12 dépend des positions relatives d'un anneau 36 et des orifices 22 et 12. 25 L'anneau 36 se loge dans la cavité 26 et il coopère à frottement avec la paroi interne du cylindre 4jde façon à interrompre^suivant sa position, la communication des orifices 22 ou 12 avec la cavité 26..L'anneau 36 a une dimension telle qu'il peut juste fermer les orifices 22 et 12 simultanément. Un joint circulaire au minimum 30 38, disposé d'un côté de la cavité 26, réduit/le passage du gaz de la chambre 8 à la cavité 26. De l'autre côté de celle-ci, un .au minimum joint circulaire 40 reduit/le passage du gaz provenant ou partant de la chambre 6 sans passer par le régénérateur 34 et circulant le long de l'espace annulaire formé entre la paroi ex-35 terne du piston 2 et la paroi interne du cylindre 4. Les canaux 42 et 44 disposés à l'extrémité supérieure du cylindre 4 assurent l'entrée et la sortie respectives du gaz de la chambre 8. Un conduit 46 conduit du canal 14 de la chambre 71 41206 10 2115217 6 au canal 42. Un régulateur (détendeur) 48 et un clapet de non retour 50 destinés à permettre le passage du gaz uniquement vers le canal 42, se trouvent le long de la conduite 46, le clapet 50 se trouvant entre le régulateur 48 et le canal 42. 5 Un conduit 52 conduit du canal 44 au canal 24 de sortie, et il comprend une soupape 54 de décharge. Le rôle du régulateur 48 est d'assurer une pression minimale dans la chambre 8, et il reçoit du gaz sous pression élevée de la réserve par le conduit 46. 10 Le rôle du clapet 50 est de protéger le régulateur 48 des variations de pression créées dans la chambre 8 par le déplacement du piston 2. Le rôle de la soupape 54 est de régler la pression maximale dans la chambre 8 de façon que le gaz sorte par le conduit 15 52 lorsque la pression dans la chambre 8 dépasse la pression choisie. Lors du fonctionnement, le piston 2 se déplace alternativement sous l'action de la force résultante égale à la différence entre la force exercée par le gaz dans la chambre 6 et 20 celle qu ' exerce le gaz dans la chambre 8. Ainsi, du gaz sous pression parvient au canal 14 à 6,9 bars par exemple, le régulateur 48 étant prévu pour réduire la pression du gaz à 2,76 bars par exemple, la soupape 54 étant prévue pour s'ouvrir à une pression de 4,1 bars par exemple, et la machine étant prévue de 25 manière que le gaz sorte de la chambre 6 a une faible pression de l'ordre de 0,34 bar par exemple ou moins. Lorsque l'anneau 36 se trouve dans une position telle que les orifices 12 sont fermés et les orifices 22 ouverts et lorsque la pression dans la chambre 8 est supérieure à celle qui 30 règne dans la chambre 6, le piston 2 descend (en passant par la position 1 sur la figure 7). Ainsi, le gaz est chassé de la chambre 6 et passe dans le régénérateur 34 puis dans le passage 32, dans la cavité 26, dans les orifices 22 de la paroi du cylindre et dans le compartiment 20, avant de s'échapper par le 35 canal 24. Au cours de la descente du piston 2, la paroi 28 de la cavité 26 vient au contact de l'anneau 36. Cette position est représentée sur la figure 1. / J. 4 'i. if£ 0 O £.XX.^ C.A.* Le piston 2 continue à descendre et entraîne l'anneau 36, si bien que les orifices 22 se ferment et simultanément les orifices 12 s'ouvrent (position 2 sur la figure 7), si bien que du gaz à 6,9 bars pénètre dans le cylindre 4 par les orifi-5 ces 12. Le gaz passe dans la cavité 26, dans le passage 32, dans le régénérateur 34 puis dans la chambre 6. A moins que la machine vienne juste de démarrer, le gaz se refroidit lors de son passage dans le régénérateur 34 qui a été refroidi par le gaz froid évacué lors des cycles précédents. Lorsque le gaz circule 10 dans la chambre 6, la pression s'élève et la force qui s'exerçait sur le piston diminue et change de sens, si bien que le piston 2 ralentit, s'arrête et repart sans heurter l'extrémité du cylindre 4 (position 3 sur la figure 7). On voit qu'on peut choisir la position exacte du piston 2 15 pour laquelle les orifices 12 sont ouverts et les orifices 22 fermés en disposant convenablement les orifices 12 et 22. L'anneau 36 reste dans la position atteinte lorsque le piston 2 s'est arrêté, et il ne se déplace pas au cours de la course vers le haut du piston jusqu'à ce qu'il soit au contact 20 de la paroi 30 de la cavité 26. Lorsque le volume de la chambre 6 s'élève au cours de la remontée du piston 2 (qui au cours de sa remontée passe par la position 4 de la figure 7) du gaz continue à pénétrer par les orifices 12, le passage 32 et le régénérateur 34 jusqu'à la chambre 6 maintenue à 6,9 bars. 25 Après la mise en contact de l'anneau 36 et de la paroi 30 de la cavité 26, le piston 2 pousse l'anneau 36 au cours de sa remontée et l'amène dans une position telle que les orifices 12 se ferment et les orifices 22 s'ouvrent (position 5 sur la figure 7). Le gaz sort alors de la chambre de détente et refroidit 30 le régénérateur 34 en passant vers l'orifice 22. Au cours de la remontée du piston 2, le gaz de la chambre 8 a été comprimé à la pression maximale de 4,1 bars, et une partie du gaz sort par la soupape 54. Lors de l'ouverture des orifices 22, le gaz sort de la 35 chambre 6 et la pression dans celle-ci commence à tomber, si bien que le piston 2 ralentit, s'arrête (position 6 sur la figure 7) et redescend sans heurter l'extrémité du cylindre 4. 71 41206 12 2115217 Le réglage du déplacement .de l'anneau 36 dépend du trajet du piston 2 depuis le début de sa course vers le haut jusqu'au contact avec l'anneau 36. Cette longueur est égale à la différence entre la longueur de l'anneau 36 et celle de la 5 cavité 26. Avec ce type de machine, on peut refroidir une surface par échange thermique avec la face 56 de l'extrémité la plus froide (chambre de détente) du cylindre 4. La construction de la machine de la figure 12 est prati-10 quement analogue à celle de la figure 1 , sauf en ce qui concerne la chambre d'entraînement et les dispositifs destinés à y maintenir la pression. Le type de chambre d'entraînement représenté sur la figure 9 permet l'action d'une force variable sur le piston, le gaz parvenant dans la chambre d'entraînement avec un dé-15 bit bien inférieur à ce qui est nécessaire dans le mode de réalisation de chambre représenté sur la figure 1. Dans le type de machine représenté sur la figure 12, la chambre 8 est divisée par une plaque 134 en deux compartiments, inférieur 130 et supérieur 132. 20 Des canaux 42 et 44 disposés à l'extrémité supérieure du cylindre 4 assurent l'entrée et la sortie du gaz de la chambre 8. Un étroit conduit 135 de faible section relie le canal d'entrée 14 de la chambre 6 au canal 4. Le conduit 135 permet un faible passage du gaz vers le compartiment 132 de la chambre 8. 25 Un clapet 136 de retenue • permet au gaz du compartiment 130 de passer dans le compartiment 132 lorsque la pression dans ce dernier est plus faible que celle qui règne dans le compartiment 130. Un orifice 138, schématiquement représenté sur la figure 12, permet la détente du gaz passant du compartiment 132 au 30 compartiment 130 lorsque la pression dans ce dernier e.st inférieure à celle qui règne dans le compartiment 132. Un conduit 52 part du canal 44 et rejoint le canal 24, et il comprend une soupape 54 de décharge. La construction de l'orifice 138 et du clapet 136 appa-35 raît sur la figure 10. Un diaphragme souple 140 est serré contre la plaque 134 par une vis 146 passant au centre du diaphragme 140 et de la plaque 134. Cette dernière comporte des trous 142 et 144 qui coopèrent avec le diaphragme 140 pour constituer le clapet de 71 41206 13 2115217 non retour représenté sur la figure 12. Lorsque la pression dans le compartiment 132 est supérieure à celle qui règne dans le compartiment 130, le diaphragme 140 est repoussé contre la plaque 134 et recouvre les trous 142 et 144. D'autre part, lors-5 que la pression dans le compartiment 130 est supérieure à celle qui règne dans le compartiment 132, le diaphragme 140 est soulevé de la plaque 134 et le gaz passe de façon pratiquement libre dû compartiment 132 au compartiment 130. L'orifice 138 est constitué par un petit trou dans la plaque 134. 10 Le fonctionnement de la machine du côté de la chambre de détente est pratiquement analogue à celui de la machine de la figure 1. Le cycle subi par le gaz dans la chambre de détente apparaît sur la figure 11. Dans la chambre 8, le gaz-se déplace librement du compartiment 130 au compartiment 132, si bien que 15 la pression qui s'oppose à la remontée du piston est relativement faible. Ainsi, la remontée rapide du piston est facilitée. Lorsque le piston 2 remonte, le volume du compartiment 130 diminue et la pression s'y élève. Cette élévation de pression apparaît sur la figure 11 (positions 3 à 6). La pression dans le 20 compartiment 130 devient suffisante pour arrêter le piston 22 et changer le sens de son déplacement avant qu'il ne heurte l'extrémité du cylindre 4. Sur la figure 11, les rectangles hachurés correspondent à l'ouverture de l'entrée (en haut) et de la sortie (en bas). 25 Au courte la descente du piston 2, du gaz s'échappe du compartiment 132 et passe dans le compartiment 130 par l'orifice 138, avec un faible débit en comparaison de celui du passage en sens opposé, lorsque le piston 2 remonte. Ceci permet à la descente d'être plus lente que la montée, et a donc tendance 30 à rendre minimale la compression du gaz dans la chambre 6. Une descente lente du piston 2 est aussi facilitée par le réglage de la soupape 54 qui s'ouvre si la pression dans le compartiment 132 devient trop élevée, en comparaison de celle qui règne dans le compartiment 130. Le cas échéant, on peut régler la vitesse 35 d'élévation et de descente du piston en réglant la soupape 54. Le type de machine représenté sur la figure 9 est identique à celui de la figure 12, mais le clapet 136 permet le passage du gaz du compartiment 132 au compartiment 130. Ce type de machine permet une descente plus rapide du piston que dans le 40 cas représenté sur la figure 12. 71 41206 14 2115217 Dans la type de machine (sur la figure 13) le cylindre 4 est étage et^ne partie supérieure dont la section est inférieure à celle de la partie inférieure. De plus, la cloison 134 est constituée par l'extrémité supérieure du cylindre 4, et le 5 compartiment supérieur 132 est une chambre dont le diamètre est supérieur à celui du cylindre 4. Le piston 2 comprend au-dessus du régénérateur 34 un gradin dont la forme est complémentaire de celle du cylindre 4. La partie étroite du cylindre 4 loge l'entrée et la sortie de la chambre 6. Cette disposition selon 10 laquelle la zone du cylindre dans laquelle se trouve l'entrée et la sortie de la chambre de détente a une section plus faible que la zone dans laquelle se trouve la chambre de détente, présente des avantages, car l'espace compris entre les joints 38 et 40, dans lequel le gaz ne joue aucun rôle utile, est réduit, par 15 rapport à l'espace correspondant des machines des figures 1, 9 et 12. Dans le type de machine représenté sur la figure 2, le piston 2 comprend deux cavités 60 et 66 comportant des parois en regard 62 et 64 d'une part, 68 et 70 d'autre part. Les anneaux 20 72 et 74 se logent dans les cavités 60 et 66, chacun coopérant à frottement avec la paroi interne du cylindre 4. L'anneau 72 agit comme tiroir pour les orifices 22 de sortie et l'anneau 74 agit comme tiroir pour les orifices d'entrée 12. La machine est telle que la différence des longueurs de l'anneau 72 et de sa ca-25 vité 60 est supérieure à la différence des longueurs de l'anneau 74 et de sa cavité 66. Sur la figure 2, on a représenté l'anneau 72 dans une position telle que les orifices 22 sont ouverts et l'anneau 74 dans une position telle que les orifices 12 sont fermés. En 30 conséquence, le gaz de la chambre 6 est à faible pression et le piston 2 subit une force dirigée vers le bas du fait de la différence de pressions existant entre la chambre 8 et la chambre 6, ladite force provoquant la descente du piston 2 (en passant par la position 1 de la figure 8). Lors de sa descente, le piston 2 35 entraîne le gaz de la chambre 6, qui s'écoule par le régénérateur 34 jusqu'à la sortie, par l'intermédiaire des orifices 22. Lorsque le piston 2 descend, la paroi 68 de la cavité 66 vient buter contre l'anneau 74 et repousse celui-ci vers le bas. Le piston 2 71 41206 - - 15 2115217 poursuivant sa descente, la paroi 62 Ae/ls. cavité 60 vient buter contre l'anneau 72 et le repousse vers le bas. La paroi 62 vient buter contre l'anneau 72 avant que l'anneau 74 soit suffisamment déplacé pour fermer les orifices 22. L'anneau 72 ferme 5 les orifices 22 simultanément à l'ouverture des orifices 12 par l'anneau 74 (position 2 sur la figure 3). Les orifices 12 étant maintenant ouverts, du gaz à pression élevée pénètre dans la chambre 6, après être refroidi par passage dans le régénérateur 34 (sauf lors du premier cycle). En conséquence, la pression 10 dans la chambre 6 s'élève et la différence des pressions entre les chambres 8 et 6 diminue et s'inverse, opposant ainsi une force au déplacement du piston 2, cette force devenant suffisante pour provoquer l'arrêt (position 3 sur la figure 8) et le retour du piston 2 vers le haut, sans qu'il ne heurte l'ex-15 trémité du cylindre 4. Lors de la course de remontée (le piston 2 passant par la position 4 de la figure 8), du fait de la différence de longueur entre les anneaux et leur cavité, la paroi 70 de la cavité 66 vient au contact de l'anneau 74 et l'entraîne avant/la paroi 64 20 de la cavité 60 ne vienne au contact de l'anneau 72 et ne l'entraîne. En conséquence, les orifices 12 sont fermés (position 5 sur la figure 8) avant que les orifices 22 ne soient ouverts (position 6 sur la figure 8), et il y a donc une période de la course vers le haut du piston 2 au cours de laquelle il ne pénètre 25 pas de gaz dans la chambre 6 et il n'en sort pas non plus (c'est-à-dire pendant la période au cours de laquelle le piston 2 passe de la position 5 à la position 6 de la figure 8). Le gaz de la chambre 6 se détend au cours de cette course vers le haut et assure un refroidissement particulièrement efficace. La caractéris-30 tique de cette machine qui permet aux orifices 12 et 22 d'être fermés simultanément au cours de la course vers le haut dupiston 2 est que la différence entre les longueurs de l'anneau 72 et de la cavité 60 est bien supérieure à la différence entre les longueurs de l'anneau 74 et de la cavité 66. De plus, pour 35 que les orifices 12 se ferment lors du déplacement de l'anneau 74 relativement tôt au cours de la course du piston 2, la différence de longueur entre la cavité 66 et l'anneau 74 est faible. H est aussi souhaitable que l'anneau 74 ait une longueur suffi- 71 41206 2115217 santé pour que les orifices 12 ne se rouvrent pas au cours de la remontée de l'anneau 74 lors de la course vers le haut du piston 2. Comme les orifices 12 sont fermés relativement tôt au 5 cours de la remontée, par rapport à la machine de la figure 1, on règle la soupape 54 de manière qu'elle s'ouvre à une pression inférieure à celle de la soupape de la machine de la figure 1, pour assurer que le déplacement du piston 2 ne s'arrête pas prématurément du fait de la réduction de la différence de pressions 10 de part et d'autre du piston 2 due à la détente du gaz dans la chambre 6. Lorsque les orifices 22 sont ouverts par le déplacement de l'anneau 74, l'évacuation des gaz de la chambre 6 diminue, et inverse la pression différentielle s'exerçant sur le piston 2, 15 la force résultante dirigée vers le bas arrêtant (position 7a sur la figure 8) et ramenant le piston vers la position représentée sur la figure 2. La machine représentée sur la figure 4 comprend une cavi-té unique 80 comportant des parois 82 et 84 en regard,et/reâli-20 sée dans le piston 2, un anneau 86 coopérant à frottement avec la paroi interne du cylindre 4 et étant capable d'empêcher la communication entre les orifices 12 et 22 et la cavité 80. Un joint 88 d'étanchéité est logé dans la paroi inférieure 84 de la cavité 80 et il coopère avec l'anneau 86,de manière à empê-25 cher la communication entre les orifices 22 et la cavité 80. L'anneau 86 a une longueur juste suffisante pour qu'il puisse fermer à la fois les orifices 12 et 22. La figure 4 représente l'anneau dans une position telle que les orifices 22 sont ouverts et les orifices 12 fermés. 30 Lorsque le piston 2 descend (et passe par la position 1 de la figure 8) le gaz s'échappe de la chambre 6 et l'anneau 86, au contact de la paroi 82, est poussé dans la direction du déplacement du piston 2. Après avoir été déplacé de la distance convenable, l'an-35 neau 86 découvre les orifices 12 de la chambre 6 et recouvre les orifices 22 (position 2 sur la figure 8). Les orifices 12 étant ouverts, le gaz passe dans la chambre 6, et se refroidit en passant dans le régénérateur 34 (sauf au cours du premier cycle). BAD ORIGINAL 71 41206 . 2115217 En conséquence, la pression dans la chambre 6 s'élève et devient suffisante pour ralentir, arrêter (position 3 sur la figure 8) et changer le sens de déplacement du piston 2, sans que celui-ci ne vienne au contact de l'extrémité du cylindre 4. 5 Au cours de la remontée du piston 2 (au cours de la quelle celui-ci passe par la position 4 de la figure 8) le joint 88 coopérant avec l'anneau 86 empêche que le gaz quitte le cylindre 4 par les orifices 22 lorsque l'anneau 86 les découvre. Comme le piston 2 continue à remonter, l'anneau 86 est entraî-10 né vers le haut et recouvre les orifices 12, si bien que le courant de gaz vers la chambre 6 ou en provenance de celle-ci n'est pas possible (position 5 sur la figure 8). Les orifices 12 restent fermés et le joint reste étanche entre l'anneau 8.6 et le joint 88 au cours du reste de la course. Il est avantageux que 15 les orifices 12 soient fermés relativement tôt lors de la remontée, car on obtient le refroidissement le plus .efficace du gaz , étant lorsque les orifices 12 et 22 sont fermes simultanément, celui-ci/ initialement à une pression élevée dans la chambre 6 et pouvant se détendre à une faible pression. La fermeture relativement pré-20 coce des orifices 12 et 22 est due à la faible différence de longueur de l'anneau 86 et de la cavité 80. Si les orifices 12 et 22 sont fermés pendant la plus grande partie de la course vers le haut, la soupape 54 est réglée de manière à s'ouvrir à une pression relativement faible 25 pour que le déplacement du piston ne soit pas interrompu de façon prématurée du fait de la baisse de pression différentielle s'exerçant sur le piston 2, lors de la détente du gaz dans la chambre 6. Le moment cinétique du piston 2 au cours de sa course 30 • vers le haut assure que la pression dans la chambre 8 dépasse celle qui règne dans la chambre 6 après la fermeture des orifices 12 et 22. Ainsi, la différence de pressions de part et d'autre du piston 2 diminue et s'inverse, si bien que le piston 2 ralentit (en passant par la position 6 de la figure 8), s'arrê-35 te (position 7b sur la figure 8), et supprime l'étanchéité assurée par l'anneau 86 et le joint 88 (position 8b sur la figure 8). Le piston continue alors sa descente vers la position représentée sur la figure 4. 71 41206 18 2115217 Il est préférable que la distance comprise entre les orifices 12 et les orifices 22 soit telle que les orifices 12 ne se rouvrent pas au cours du mouvement vers le haut du piston 2. 5 Dans la machine de la figure 5, le régénérateur 34 est disposé à l'extérieur du piston 2. Il communique avec la cavité 26 et l'espace délimité entre les joints 38 et 40 par un conduit 90, et avec la chambre 6 par un conduit 92. Le fonctionnement de la machine est analogue à celui de la machine de la figure 1. 10 La figure 6 représente une machine ayant le distributeur d'entrée et de sortie associé à la chambre de détente telle que représentée sur la figure 1, mais comportant deux étages de régénération. De façon analogue, on peut ajouter un étage supplémentaire de régénération aux machines décrites, représentées 15 sur les autres figures. Les machines à plusieurs étages fonctionnent de manière analogue aux machines à un seul étage, déjà décrites. Sur la figure 6, le cylindre 4 comprend des parties cylindriques 100 et 102 large et étroite et le piston 2 a une con-20 figuration analogue, avec des parties en gradins 104 et 106. Des régénérateurs supérieur 108 et inférieur 110 sont disposés dans les parties 104 et 106 respectivement. Les régénérateurs 108 et 110 sont reliés par un conduit 112 du piston 2. Une chambre supérieure 122 de détente délimitée par le cylindre 4, un gradin 25 120 du cylindre 4 et le piston 2,communique avec le régénérateur supérieur 108 par des passages 114 et 116. Un joint d'étan-, chéité 124 est logé entre la partie 106 du piston 2 et la partie 102 du cylindre 4. Le joint 124 empêche que le gaz ne court-cir-cuite le régénérateur 110 par le passage annulaire 108 compris 30 entre la partie 102 du cylindre 4 et la partie 106 du piston 2. Lors du fonctionnement de la machine de la figure 6, le gaz pénétrant dans le régénérateur 110 est refroidi préalablement dans le régénérateur 108, si bien que la température dans la chambre inférieure 6 est nettement inférieure à celle qui règne dans la 35 chambre 122. On peut utiliser avec les machines des figures 2, 4, 5 et 6 le type de chambre d'entraînement représenté sur les figures 71 41206 . 19 2115217 9, 12 ou 13, au lieu de la chambre d'entraînement représentée sur la figure 1. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutif q^ans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les revendications annexées. 71 41206 2115217 REVENDICATIONS 1. Machine thermodynamique alternative, caractérisée en ce qu'elle comprend un cylindre, un piston se déplaçant alternativement dans celui-ci, une entrée et une sortie de gaz dans la 5 paroi du cylindre, un ou plusieurs tiroirs placés entre la paroi du cylindre et le piston et commandés par ce dernier de manière à ouvrir et à fermer l'entrée et la sortie, une chambre de détente comprenant l'espace délimité par une extrémité du piston et le cylindre et qui est capable de recevoir du gaz péné- 10 trant par l'entrée et de le chasser par la sortie, et un régénérateur destiné à assurer l'échange thermique entre le gaz pénétrant dans la chambre de détente et le gaz la quittant, le piston étant entraîné par une force variable égale à la différence entre la force exercée par le gaz qui se trouve dans la chambre 15 de détente et une force antagoniste. 2. Machine selon la revendication 1 , caractérisée/4n ce que la force antagoniste est due à la pression d'un gaz présent dans une chambre d'entraînement comprenant l'espace délimité par les extrémités du piston et du cylindre qui sont opposées aux 20 extrémités qui délimitent la chambre de détente. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que la chambre d'entraînement est associée à un dispositif de décharge réglé de manière à évacuer le gaz à une pression comprise entre les pressions maximale et minimale créées dans la 25 chambre de détente par le piston. 4. Machine selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que la chambre d'entraînement est divisée en deux compartiments qui communiquent par un rétrécissement, le premier compartiment étant en partie délimité par l'extrémité du 30 piston. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend de plus un clapet de retenue disposé entre les compartiments. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce 35 que le clapet de retenue permet le passage du gaz uniquement du premier au second compartiment, et en ce que le rétrécissement réduit le courant gazeux en sens opposé, lorsque le clapet de retenue est fermé. r lBAD ORIGINAL 71 41206 - 21 2115217 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'un passage de petite section est compris entre un passage conduisant à l'entrée de la chambre de détente et la chambre d'entraînement. 8. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que la force antagoniste est exercée par un ressort, un liquide hydraulique ou un dispositif dont la force est transmise par une tringlerie mécanique. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un tiroir unique comprenant un anneau unique coopérant à frottement avec la face interne de la paroi du cylindre. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'anneau est disposé entre les parois d'extrémité d'une cavité formée dans le piston et est entraîné lorsqu'il est au contact de l'une des parois d'extrémité ou des deux successivement. 11. Machine selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que la face d'extrémité de l'anneau, la plus • proche de la chambre de détente, est destinée à former un joint étanche avec la paroi d'extrémité}tournée vers ladite face, de la cavité. 12. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un tiroir associé à l'entrée et un tiroir séparé associé à la sortie, chaque tiroir comprenant un anneau coopérant à frottement avec la face interne de la paroi du cylindre. 13. Machine selon la revendication 12, caractérisée en ce que chaque anneau de tiroir est disposé entre les parois d'extrémité d'une cavité formée dans le piston, et est entraîné lorsqu'il est au contact d'une paroi d'extrémité de la cavité dans laquelle il se trouve.