Brevet FR2494821A1 — publié le 19820528

TRANSMETTEUR ET CONVERTISSEUR MECANO-THERMIqUE A FLUIOE Le dispositif suivant l'invention a pour objet de transmettre une énermecanique, utilisant comme agent de transmission un fluide et de convertir cette énergie en chaleur, en extrémité de parcours, en laminant ce même fluide. Dans l'étant actuel de la technique des systèmes de transmission hydraulique, le fluide, agent de transmission, est anime le long des canalisations d'un mouvement de translation continu de direction constante. Cette circulation continue du fluide devient un inconvénient quand le récepteur d'énergie a pour fonction de transformer en chaleur l'énergie du fluide. Dans ce cas, en effet, le fluide doit retourner au générateur à une température au moins égale à celle de la source qu'il chauffe, ce qui nécessite d'une part le calorifuge des canalisations, et limite la température de stockage d'autre part. Le système suivant l'invention permet d'éviter cet inconvénient. Le principe du dispositif repose sur le fait que le fluide sera animé dans les canalisations d'un mouvement de translation alternatif périodique, équivalent à une valeur à moyenne de déplacement du fluide nulle, tout en assurant la transmission mécanique de l'énergie vers le récepteur, transformateur d'énergie mécanique en énergie thermique. Cette technique présente sur les autres systèmes de convertisseurs mécano thermique existants, de pouvoir assurer la conversion thermique en fin de ligne et de permettre un transport d'énergie sur des distances relativement importantes san: perte calorifique. Il présente au surplus l'avantage de réduire considérablement le coût d'installation par le simple fait d'éviter un calorifugege des lignes ou canalisations de transmission. Conformément à l'invention, le dispositif comprend quatre élements principaux : une pompe volumétrique polyphasée à cavités et à volume variable, assuranl la fonction de générateur, trois canalisations reliant la pompe au récepteur, un récepteur composé de trois organes dégradateurs identiques dont les canalisations de sorties se rejoignent en un point commun de manière à assurer la fermeture du circuit hydraulique. enfin un réservoir de type surpresseur. L'invention consiste encore en certaines autres dispositions mentionnées ci-après et employées en même temps que la disposition principale ci-dessous énoncée. L'invention vise plus particulièrement à utiliser des énergies mécaniques produites à partir du vent, des chutes d'eau mais ne saurait se limiter à ces seul domaines d'application. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention et à titre d'exemple, nous nc réfererons uniquement à un mode de fonctionnement de type triphasé, tout en sachant que le dispositif peut accepter l'ensemble des modes alternatifs périodiques de fonctionnement. Nous nous appuierons dans cette description sur les dessins des figures annexées. Figure 1 : Schéma de principe du dispositif Figure 2 : Descriptif simplifié de pompe volumétrique vue en coupe Figure 3 : Une canalisation avec séparateurs de fluide Figure 4 : Descriptif simplifié d'un élément dégradeur Figure 5 : Pastille de laminage Figure 6 : Vue d'ensemble du système dégradeur, échangeur accumulateur Figure 7 : Schéma de principe d'un mode de réalisation En se réferant à la figure 1, qui nous présente un schéma de principe du dispositif, nous pouvons noter les éléments principaux suivants.Un générateur (1) constitué par une pompe volumétrique de type triphasé dont l'arbre sera entraîné mécaniquement par un organe extérieur, des canalisations t2) ou ligne de transmission de l'énergie mécanique, un récepteur composé de trois organes dégradateurs (3) dont la fonction est de laminer le fluide qui par friction s'échauffe et communiquera sa chaleur au radiateur, des tubulures (4) de sortie des organes dégradateurs et relié en un même point neutre t5), un réservoir de surpression (63 dont le rôle sera de compenser les variations de pression du dispositif. Afin de mieux comprendre le principe du dispositif on fera appel à une analogie électro-hydraulique où la pression a pour image la tension, le débit pour image l'intensité. Le schéma dans cette analogie nous rappelle un dispositif classique en électricité dans lequel un générateur alimente une ligne triphaséedont le récepteur est couplé en étoile, le point commun étant l'analogue du neutre. Poussant cette analogie avec l'électricité, le fluide animé par un générateur de pression de type triphasé, subira un mouvement de translation alternatif périodique, au rythme de la pulsation du générateur. Bien que le déplacement moyen du fluide soit nul au cours d'une période, au niveau des trous d'ajustage des organes dégradateurs l'énergie mécanique transportée par le fluide apparat sous forme d'énergie cinétique fonction du diamètre du trou d'ajutage. L'efficacité de la conversion mécano-thermique sera fonction de la vitesse du fluide au col des trous. L'énergie cinétique acquise s'y dissipe en chaleur. Le réservoir (6) de fluide sous une pression statique suffisante, branché au neutre a pour effet d'éviter la cavitation du fluide et il assure du même coup la compensation des fuites, des dilatations et l'absorption de certaines harmoniques. Les figures qui vont être ecaminées ci-après donnant un descriptif des éléments constitutifs du dispositif ne sont données qu'à titre indicatif et ne présentent en aucun cas un aspect limitatif. La figure [23 nous propose un exemple de pompe à cavité à volume variable entrainée par un vilebrequin (7), les manivelles (6) sont décalées de 1200 les unes par rapport aux autres. Les pressions engendrées dans les cavités (9) (10) et [ indépendantes l'une de l'autre seront fonction de la positi angulaire du vilebrequin.Ainsi cette pompe engendre en fonction du temps de volumes alternatifs et périodiques, leurs mouvements sont géométriquement id: tiques mais temporellement déphasés les uns des autres d'un tiers de période On notera que les trois cavités communiquent directement, sans clapet ni sou pape dans leurs canalisations respectives (2), ce sera une des caractéristiq essentielles de ce type particulier de pompe volumétrique.Ce type de pompe à vilebrequin est bien sûr donné à titre indicatif, tout autre type de pompe d type polyphasé qui assurerait une communication directe entre la cavité à vo lume variable et la canalisation pourrait être retenue, pour mémoire pompe à membrane à palette etc La figure 3. nous montre en coupe une canalisation [2), relit en tête à une cavité de la pompe volumétrique (13). en aval à un organe dégradateur [143. L'absence de transport de fluide permet d'envisager de partager ls canalisations en des tronçons contenant des fluides différents. En amont de la canalisation (15) un fluide circulant dans la pompE qui devra posséder des caractéristiques de lubrification. Dans le tronçon cer tral (16) le fluide pourra être de nature quelconque à condition qu'il préser te des caractéristiques de compressibilité minimale. En aval de la canalisation (17) le fluide possédera des caractéris tiques particulières de résistance à la dégradation par la chaleur. Seul le fluide localisé dans les organes dégradateurs assurera la conversion mécano-thermique. Des séparateurs (183 à piston, à membrane ou autre interdiront aux fluides de se mélanger. Le dispositif prévoit des transmissions pouvant aller jusqu'à 200m de canalisation, sinon plus et pour des puissances transmises de 10 à 20 kw, des diamètres de canalisation seraient de l'ordre de 3 à 10 mm. La figure t43 nous propose une vue schématique en coupe d'un des trois dégradateurs qui, ensemble, constituent le récepteur. Le principe en es simple, le fluide d'arrivée en provenance de la canalisation (2) est laminé au travers de trous d'ajutage et l'énergie mécanique qu'il perd se transforme en chaleur, diffusée ensuite par le corps du dégradateur. Le dégradateur sera donc principalement composé d'un corps principal t19) surmonté d'ailettes de dissipation (20). A l'intérieur du corps prin cipal sont disposées des pastilles de laminage (22), leur nombre pouvant varie en fonction de la puissance à recueillir et de l'étagement de la détente. Retenu par un épaulement (21) en tête du dégradateur, des bagues de sépara tion [23) d'épaisseur variable permettront une disposition adéquate des pastilles de laminage. L'ensemble sera fixé par un élément de serrage (26), vissé par exemple au niveau du corps principal. Les liaisons des canalisations d'entrée t243 et de sortie (25) au dégradateur sont classiques et ne méritent pas de commentaires particuliers. Ce descriptif sommaire du dégradateur est donné à titre indicatif, il constitue toutefois l'une des caractéristiques techniques principales de l'invention. La figure t5) nous propose une pastille de laminage d'orifice central t27) et de forme bi-conique. La figure (6) nous présente de forme schématique un système dégradateur, échangeur, accumulateur dans lequel le dégradateur joue le même rôle qu'une résistance électrique plongée dans un accumulateur. L'eau chaude peut servir au chauffage central et aux sanitaires ou autres. La figure (7) montre de façon schématique un mode de réalisation particulier dans lequel des dégradateurs (4) sont disposés en ligne ainsi que l'adjonction d'un moteur de démarrage t333 Par exemple, dans le cas d'un entraînement de la pompe volumétrique par une éolienne, il arrive que cette dernière réclame pour une mise en service, un couple de démarrage. Le principe meme de l'invention permet d'assurer ce couple à l'éolienne, par l'intermédiaire de la pompe volumétrique, grâce à un moteur de démarrage, en tout point identique au générateur décrit ci-dessus, branché en dérivation sur le récepteur le dispositif permet la transmissibilité reversible d'un couple mécanique entre l'arbre du générateur et celui du moteur. Ceci sera bien sûr assurer à condition que les vannes t363 et (35) soient judicieusement positionnées. L'avantage du procédé est que le moteur de démarrage peut se situer sur le lieu d'habitation, il suffira simplement d'agir manuellement par l'intermédiaire de la manivelle t343 ou un système électrique équivalent pour assurer le démarrage de l'éolienne. Cet exemple pris avec l'éolienne est donné pour montrer l'intérêt du dispositif. Dans un contexte plus général on retiendra que le système triphasé décrit permet la transmission réversible d'un couple mécanique entre l'arbre de la pompe volumétrique et le moteur qui lui est en tout point identique. La figure t73 nous montre un mode de réalisation particulier du dispositif . Il consiste à répartir le long de la ligne plusieurs dégradateurs, ceci dans le but de fournir de la chaleur à des utilisateurs géographiquement séparés. Pour compléter l'installation on pourra prévoir par exemple au niveau de la pompe volumétrique des dispositifs de remplissage pour éventuellement compenser les pertes de fluide en cours d'exploitation, ceci nous est rappelé par les vannes [37). On retiendra principalement du dispositif selon l'invention que son avantage essentiel réside dans le fait de pouvoir transmettre à des distances relativement importantes une énergie mécanique qui ne sera transformée thermiquement qu'à l'endroit où s'en fait sortir le besoin. Un tel dispositif trouvera facilement son application pour tout ce qui concerne le chauffage des locaux, habitations ou autres, à condition bien sûr de disposer d'une énergie mécanique, cette dernière pouvant être délivrée par tous les dispositifs existants. Elle le justifiera d'autant mieux que la source d'origine mécanique se trouve à une plus grande distance de l'habitation. La mise en ligne des dégradateurs ouvre d'autre part un nouveau concept de mode chauffage car il évite les pertes calorifiques en ligne. Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux modes d'application et de réalisation indiqués, elle en embrasse également toutes les variantes. R E V E N D I C-A T I O N S REVENDICATIONS 1 Dispositif transmetteur et convertisseur mécano-thermique à fluide composé essentiellement d'une pompe volumétrique, d'une ligne de transmission formée de canalisations, d'un convertisseur d'énergie mécanique en chaleur, caractérisé par le fait que le fluide contenu dans le dispositif réalise simultanément la transmission, sous forme mécanique de l'énergie-et la génération de chaleur. REVENDICATIONS 2 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le fluide contenu dans les canalisations est animé par rapport à elles d'un mouvement alternatif périodique autour d'une position fixe et tel que les débits instantanés de fluide dans les canalisations forment un système polyphasé de débit. REVENDICATIONS 3 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que la pompe volumétrique possède des cavités à volume variable animées de mouvements alternatifs périodiques géométriquement identiques, mais temporellement déphasés les uns des autres d'une fraction de période fonction du nombre de cavités. REVENDICATIONS 4 Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que chacune des cavités à volume variable communique directement avec les canalisations formant la ligne de transmission. REVENDICATIONS 5 Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait que le fluide unique peut être remplacé par une succession de fluides différents respectivement adaptés aux organes dans lesquels ils circulent. REVENDICATIONS 6 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par lefait que l'organe dégradateur est constitué d'un corps principal formant radiateur dans lequel sont logées des pastilles, dans l'orifice desquelles le fluide en les traversant convertit son énergie mécanique en chaleur. REVENDICATIONS 7 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le réservoir de compensation de surpression est relié au point commun de liaison des canalisations de sortie des dégradateurs. REVENDICATIONS 8 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que des dégradateurs peuvent être répartis en série le long de la ligne. REVENDICATIONS 9 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un moteur auxiliaire. de caractéristique technologique identique à la pompe volumétrique, peut être branché en dérivation sur la ligne.