Brevet FR2474582A1 — publié le 19810731

La présente invention concerne un moteur thermique étanche rotatif, et plus précisément un moteur destiné à des applications domestiques à vitesse faible de rotation telles que les tourne-broches et les dispo sitifs de remontée et d'abaissement de stores des fenêtres. Plus précisément, I'invention concerne un moteur thermique étanche rotatif en une seule pièce et contenant un fluide dont la vaporisation et la condensation, à l1in- térieur du moteur, provoquent la rotation de celui-ci lorsqu'il est disposé entre une source chaude et une source froide. La source chaude peut être la proximité dwun feu et la source froide l'atmosphère ambiante, ou la source chaude peut être le Soleil et la source froide l'atmosphère ambiante. Dans le premier cas, le moteur peut faire tourner une broche portant un aliment à rotir et dans le second cas il peut faire tourner un axe sur lequel est enroulé un store. Le moteur thermique étanche en une seule pièce selon l'invention échange de la chaleur avec la source chaude essentiellement par rayonnement mais aussi en partie par conduction et convection, et il échange de la chaleur avec la source froide par rayonnement, conduction et convection. Selon l'invention, l'échauffement de la partie du moteur qui est la plus proche de la source chaude provoque une augmentation de la tension de vapeur du fluide présent et cette augmentation de pression provoque un déplacement du liquide présent dans cette partie du moteur vers une partie plus proche de la source froide. Ce déplacement de fluide à l'état liquide provoque un déséquilibre de l'ensemble du moteur qui, pour reprendre sa position d'équilibre, tourne progressivement. Plus précisément, l'invention concerne un moteur thermique étanche destiné à tourner autour d'un axe de rotation sensiblement horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois compartiments étanches délimitant des volumes internes sensiblement égaux, ayant chacun un orifice de sortie et disposés symétriquement autour de l'axe de rotation du moteur, un circuit étanche assurant la communication ~enre les orifices de sortie des compartiments au moins deux à deux et de façon symétriffiqueparapport à l'axe de rotation, un fluide vaporisable occupant une partie seu lement du volume des compartiments et du circuit étanche, lorsqu'il est à l'état liquide, et un dispositif de support permettant la rotation autour dudit axe sensiblement horizontal. Les compartiments peuvent être formés par des portions d'un volume torique de section circulaire ou quelconque. Les compartiments peuvent aussi avoir des formes quelconques, obtenues par exemple par emboutissage de plaques métalliques. Le circuit étanche assurant la communication des compartiments peut relier tous les compartiments les uns aux autres ou par groupes de compartiments placés symétriquement par rapport à l'axe de rotation. Lorsque la rotation du moteur doit être très régulière, le nombre de compartiments doit être au moins égal à 5 et de pré férence à 6, bien qu'on obtienne une rotation à partir de trois compartiments disposés symétriquement. I1 est avantageux qu'un radiateur convenable assure l'échange rapide de chaleur avec la source chaude et surtout avec la source froide lorsque la rotation du moteur doit être relativement rapide. Le radiateur peut être par exemple formé par des ailettes. Le fluide vaporisable a de préférence une densité élevéepermettantun couple élevé de rotation, une faible chaleur de vaporisation et une faible chaleur spécifique afin que la vitesse de rotation puisse être relativement élevée. I1 s'agit avantageusement d'hydro carbures halogénés, par exemple le tétrachlorure de car bone ou un "Freon". Le dispositif de support peut comprendre une simple barre ou un simple croisillon solidaire des compartiments et portant un dispositif de fixation sur un axe, par exemple une broche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe schématique d'un moteur thermique étanche selon l'invention, par le plan repéré par la ligne A-A' sur la figure 2 - la figure 2 est une coupe par le plan repéré par la ligne B-B' sur la figure 1 ; - la figure 3 est une élévation d'un second mode de réalisation du moteur thermique selon l'invention et - la figure 4 est une coupe transversale partielle du moteur de la figure 3, par le plan repéré par la ligne C-C' de la figure 3. La figure 1 est une coupe suivant la ligne A-A' d'un premier mode de réalisation de moteur thermique étanche rotatif selon l'invention. Le moteur comporte essentiellement un tore 10 dont l'intérieur est divisé en six compartiments 12 par des cloisons 11. Chaque compartiment 12 est fermé de façon étanche et n'a qu'un orifice 14 qui est raccordé de façon étanche à un petit tube 16 lui-même raccordé de façon étanche à un tube 18 formant collecteur. I1 faut noter que les orifices 14 des différents compartiments se trouvent tous à une extrémité du compartiment, cette extrémité étant celles qui se trouve en bas lorsque le compartiment est proche de la source chaude repérée par la référence F sur la figure 1.L'ensemble formé par les compartiments 12 et les tubes 16 et 18 constitue un volume étanche n'ayant aucune communication avec l'extérieur (mais pouvant comprendre par exemple une soupape de sécurité, sous forme d'un disque d'arrachement) Ce volume contient un fluide vaporisable 20 en quantité suffisante pour que plusieurs compartiments soient remplis, et avantageusement en quantité correspondant à la moitié du volume total, lorsque le fluide est à l'état liquide. Une barre 22 de support est fixée au tore et sa partie centrale délimite un trou 26 dans lequel peut être placé un arbre maintenu en position fixe par une vis 24 à oreilles. L'arbre passant dans le trou 26 est porté de façon convenable par des supports non repré-- sentés, de manière que le moteur puisse tourner autour d'un axe sensiblement horizontal X. Comme l'indique la figure 2, des ailettes 28 sont fixées au tore 10, de part et d'autre, afin que les échanges de chaleur entre le moteur et les sources chaude et froide soient meilleurs. Lors du fonctionnement du moteur de la figure 1, le fluide présent dans les compartiments les plus proches de la source chaude F a tendance à s'évaporer et sa tension de vapeur augmente. En conséquence, la vapeur a tendance à repousser le liquide qui peut s'échapper par le petit orifice 14, puis par les tubes 16 et 18 vers d'autres compartiments qui ne sont pas remplis, du côté de la source froide. Le liquide en excès du côté de la source froide et le défaut de liquide du côté de la sourde chaude provoquent l'application d'un couple autour de l'axe X, dans le champ de pesanteur, si bien que le moteur tourne afin de reprendre une position d'équilibre, dans le sens de la flèche indiquéesur la figure 1, c'est-à-dire dans le sens horaire. Dans un mode de realisation, le dialndtrc cx térieur du tore 10 est de 30cm, le nombre de compartiments est égal à six, le fluide 20 est le tétrachlorure de carbone et le couple maximal devant un feu de bois est de 0,75 N.m. La vitesse de rotation est de l'ordre de -0,25 à 1 tr/min, suivant l'intensité du feu et la proximité du moteur. Le mode de réalisation qu'on vient de décrire est entièrement métallique et tous les différents éléments sont soudés. Les figures 3 et 4 représentent un autre mode de réalisation dont la construction en série est plus commode que celle du mode de réalisation de la figure 1. L'ensemble des compartiments et du circuit étanche est formé par deux pièces de tôle d'acier embouties 30 et 32 de forme particulière. Ces pièces, lorsqu'elles sont rapprochées l'une del'autre et soudées suivant des lignes 40, 42, 44, délimitent des compartiments 34 et un circuit 36 est relié aux différents compartiments par des orifices 38. Les lignes 42 et 44 de soudure ferment les périphéries externe et interne alors que les lignes de soudure 40 séparent les différents compartiments et laissent des espaces 38 pour la communication entre les compartiments et le circuit étanche. Les deux exemples décrits précédemment concernent des moteurs à six compartiments. Le circuit étanche relie ces six compartiments, mais ceux-ci peuvent être aussi groupés par deux ou par trois, disposés symétriquement, chaque groupe ayant son propre circuit étanche. Ces diverses possibilités de connexion (commune ou par groupes) s'appliquent aussi à des moteurs ayant d'autres nombres de compartiments. La description qui précède indique que les compartiments peuvent être formés de manières très différentes. Le moteur de la figure 1 nécessite un grand nombre de soudures qui ne sont pas toujours commodes, alors que le mode de réalisation de la figure 2 ne nécessite aucune opération délicate et peut être fabriqué en grande série à un faible prix. Les compartiments et le circuit étanche sont avantageusement formés d'une matière qui résiste aux températures utilisées, et il s'agit avantageusement d'un métal. Le fluide utilisé a de préférence une densité élevée afin que le couple obtenu pour un déplacement d'un volume déterminé de fluide soit élevé. Il a avantageusement une faible chaleur de vaporisation de manière que le cycle de vaporisation-condensation soit relativement bref. En outre, il a aussi avantageusement une faible chaleur spécifique. On peut par exemple utiliser le tétrachlorure de carbone ou un "Fréon", ayant une température d'ébullition a une température convenable, par exemple entre 60 et 1000C. Le fluide peut aussi être formé par un mélange de plusieurs fluides dont l'un est suffisamment volatil et un autre est suffisamment dense (par exemple une solution saline). On peut aussi utiliser un mélange non inflammable de deux liquides, par exemple de l'eau et de l'alcool, ou une solution d'un gaz dans l'eau, par exemple de l'ammoniaque, pouvant libérer un gaz par chauffage. Le fluide est introduit dans les compartiments afin qu'il remplisse à peu près la moitié du volume. Lorsque le fluide a été introduit et que l'air a été chassé, le volume interne est séparé de façon étanche de l'atmosphère ambiante, avantageusement par soudure d'un queusot. Le dispositif de support permettant la rotation du moteur comprend avantageusement un croisillon fixé aux compartiments et délimitant un trou central pour le passage d'un axe. Cependant, l'axe peut aussi être solidaire du moteur ou celui-ci peut être supporté de différentes manières bien connues des hommes du métier. I1 est en outre avantageux qu'un radiateur coopère avec les compartiments afin que ceux-ci s'échauffent rapidement du côté de la source chaude et se refroidissent surtout rapidement du côté de la source froide. Le radiateur peut être formé par des ailettes rapportées ou constituées sur les compartiments dès leur fabrication. Le moteur selon l'invention présente l'avantage d'être étanche et de ne nécessiter aucune partie mobile puisque l'ensemble ne comprend qu'une seule pièce qui tourne comme un tout. Bien qu'on ait décrit l'invention dans son application à l'entrainement en rotation d'une broche, le moteur convient aussi à la commande de différents appareils, notamment de stores. Par exemple, le moteur peut assurer l'abaissement d'un store lorsqu'il est chauffé par le Soleil, un ressort étant bandé pendant l'abaissement ou un contre-poids étant soulevé pendant l'abaissement afin que, après la disparition du Soleil, le store puisse reprendre sa position haute. 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 constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Moteur thermique étanche destiné à tourner autour d'un axe de rotation sensiblement horizontal, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois compartiments étanches (12) délimitant des volumes internes sensiblement égaux, ayant chacun un orifice (14) de sortie et disposés symétriquement autour de l'axe de rotation (X) du moteur, un circuit étanche (16, 18) assurant la communication entre les orifices de sortie des compartiments au moins deux à deux et de façon symétrique par rapport à l'axe de rotation, un fluide vaporisable (20) qui, lorsqu'il est à l'état liquide, n'occupe qu'une partie du volume des compartiments et du circuit étanche, et un dispositif (22, 24) de support permettant la rotation autour dudit axe de rotation. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les compartiments (12) sont formés par des portions de volume d'un tore. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les compartiments (12) et le circuit étanche (16, 18) sont délimités par des pièces embouties et raccordées l'une à l'autre. 4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit étanche (16, 18) relie les orifices (14) de tous les compartiments (12). 5. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit étanche (16, 18) relie séparément les orifices (14) de sortie de compartiments formant des groupes symétriques autour de l'axe de rotation (X). 6. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de refroidissement (28) formant radiateur. 7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le radiateur (28) est formé par des ailettes solidaires des compartiments. 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide (20) a une densité élevée; une faible chaleur de vaporisation et une faible chaleur spécifique. 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fluide (20) est choisi dans le groupe qui comprend le tétrachlorure de carbone, les "Fréon", et les mélanges eau-alcool. 10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de support (22, 24) comprend un dispositif de montage du moteur sur un arbre passant par l'axe de rotation (x).