Brevet FR2493400A1 — publié le 19820507

La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie mécanique à partir d'une source de chaleur. L'invention concerne notamment la production d'énergie mécanique à partir d'énergie thermique dégagée par la combustion-d'un matériau, fluide ou solide. On connait déjà de nombreux dispositifs permettant d'obtenir de l'énergie mécanique a partir d'énergie thermique, notamment par l'intermédiaire de fluide, tel que de l'eau transformée en vapeur, actionnant une turbine. Ces dispositifs connus font appel à une technologie relativement complexe, donc onéreuse, et nécessitent de ce fait des investissements importants. En particulier, ces investissements sont trop élevés par rapport au gain réalisé lors de la récupération d'énergie thermique, telle que celle dégagée par des torches par exemple, faisant partie d'installations industrielles d'exploi- tation d'hydrocarbures. Le dispositif selon l'invention remédie- ces inconvénients et permet la production d'énergie mécanique à partir d'énergie thermique par des moyens simples et robustes. Un tel dispositif permet la production d'énergie par récu pération de l'énergie thermique dégagée par une source de chaleur déjà en place (telle qu'une torche) ou encore par utilisation de combustible bon marché mais d'application directe difficile (tel que l'hydrogene). A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour la production d'énergie mécanique a partir d'une source de chaleur est caractérisé en ce qu'il comporte un conduit courbe, mobile en rotation autour d'un axe, muni d'une extrémité d'aspiration et d'une extrémité d'éjection, toutes deux ouvertes, l'extrémité d'aspiration étant munie de moyens d'aspiration d'air entrainés mécaniquement par la rotation dudit conduit, le flux d'air ainsi créé étant canalisé vers ladite source de chaleur disposée à l'intérieur du conduit et apte à élever la température dudit flux d'air qui est ensuite expulsé par l'extrémité d'éjection selon une direction sensiblement orthogonale à l'axe de rotation du conduit, provoquant la rotation de celui-ci , le dispositif comportant en outre des moyens aptes à donner une impulsion initiale audit conduit dans son mouvement de rotation. De préférence, les moyens d'aspiration sont constitués d'un organe rotatif tel qu'un ventilateur, une turbine ou analogue. Avantageusement, la source de chaleur est disposée selon l'axe de rotation du conduit, ledit axe étant creux afin de permettre le passage du combustible alimentant ladite source de chaleur. Plus particulièrement, les moyens d'aspiration sont entraînés mécaniquement au moyen d'une part d'au moins un rail fixe à crémaillère , de forme circulaire, centré sur l'axe de rotation du dispositif, coopérant avec au moins une roue dentée solidaire du conduit, et d'autre part d'un dispositif de transfert à pignons et arbres apte à transmettre le mouvement de rotation desdites roues à l'axe du ventilateur. De façon avantageuse,les moyens d'aspiration sont entraînés mécaniquement à l'aide de deux rails à crémaillère, circulaires, concentriques et coopérant chacun d'eux avec une roue dentée solidaire du conduit. Avantageusement, le ou les rails sont disposés dans un plan parallèle au plain de rotation du conduit. De préférence, le conduit a la forme d'un demi-tore de section cylindrique. Selon une forme préférée de réalisation,le dispositif est associé à un organe générateur d'énergie électrique tel qu'une dynamo ou un alternateur, dont l'axe est solidaire de l'axe de rotation du conduit. Selon un exemple d'application, l'axe de rotation du conduit est disposé sensiblement à une distance égale de chacune des extrémités du conduit. De préférence, la source de chaleur est constituée d'une torche alimentée en fluide combustible gazeux et en ce que les moyens d'impulsion initiale sont constitués d'un organe à réaction, tel qu'une fusée ou analogue à durée de combustion limitée. L'invention sera bien comprise à la lumière des figures annexées la figure 1 montre une vue de dessus du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue de caté, à plus grande échelle, du dispositif selon l'invention associé à une génératrice d'énergie électrique. La figure 3 montre en détail ,vue de face,l'extrémité d'aspiration du dispositif de la figure 2. La figure 4 représente en vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention comporte un conduit courbe 1, mobile autour d'un axe 2, en forme de demitore de section circulaire (voir figure 2) comportant une extrémité d'aspiration 3 et une extrémité d'éjection 4, toutes deux ouvertes. L'extrémité d'aspiration 3 est munie d'un ventilateur 5 dont l'axe de rotation est orthogonal à celui du conduit 1. Dans l'exemple de réalisation montré sur les figures 1,2 et 3, le ventilateur 5 est entraîné mécaniquement par la rotation du conduit 1, a l'aide d'une part de deux rails fixes à crémaillère 9 et 10, circulaires, concentriques et associés chacun à une roue dentée 11, 12 solidaire du conduit 1, et d'autre part d'un dispositif de transfert 7 permettant la transmission de la rotation desdites roues 11 et 12 à l'axe du ventilateur 5 par l'intermédiaire de pignons et d'arbres. Le dispositif de transfert 7 comporte en outre un différentiel 8 donnant la possibilité aux roues 11 et 12 de tourner à des vitesses différentes, du fait de la différence de diamètre des rails 9 et 10. Une structure de soutien 12 constituée de montants métalliques par exemple, permet de solidariser les roues 11 et 12 au conduit 1. Dans l'exemple d'application du dispositif selon l'invention décrit, la source de chaleur 13 est constituée d'une torche brûlant un gaz provenant d'une installation d'exploitation d'hydrocarbures.On conviendra aisément que toute source de chaleur, mettant en jeu la combustion d'un combustible par exemple, est apte à remplir la fonction désirée. Ladite torche 13 est disposée à l'intérieur du conduit 1 et à l'aplomb de l'axe de rotation 2. Ledit axe 2 est creux de façon à permettre l'alimentation en gaz de la torche 13. Le fonctionnement du dispositif est décrit ci-après. La mise en rotation initiale du conduit 1 est effectuée à l'aide d'un organe à réaction 14, tel qu'une petite fusée, à durée de combustion limitée. La mise à-feu de ladite fusée 14, solidaire de l'extre- mité d'éjection 4, provoque par réaction, la rotation suivant la flèche F de la figure 1 du conduit 1 autour de son axe 2. Les roues 11 et 12 roulant sur les rails 9 et 10 entraî- nent la rotation du ventilateur 5 qui aspire et comprime l'air dans le conduit 1. Le flux d'air ainsi créé est amené au contact de la torche 13 où sa température s'élève. Le flux d'air chaud est ensuite expulsé par l'extrémité d'éjection 4. L'expulsion de ce jet d'air chaud (flèches f de la figure 1) entraîne, d'après le principe de la réaction, la rotation du conduit 1 dans le sens indiqué par la flèche F de la figure 1. La rotation du conduit 1 provoque la rotation du ventilateur 5 qui aspire et comprime l'air dans ledit conduit où le flux d'air est chauffé puis expulsé, décrivant ainsi un nouveau cycle de fonctionnement du dispositif. Ce cycle de fonctionnement comporte donc successivement les étapes suivantes, après la mise en rotation initiale: l'aspiration et la compression de l'air, le chauffage et l'expulsion du jet d'air chaud par une des extrémités du conduit. Le dispositif selon l'invention permet de transformer de façon directe, l'énergie thermique dégagée par la torche 13 en travail mécanique fourni par la rotation du conduit 1 et de l'axe 2. L'énergie mécanique produite peut être transformée en énergie électrique. A cette fin, l'axe 2 est rendu solidaire du rotor d'un générateur d'énergie électrique 15, tel qu'une dynamo ou un alternateur (voir figure 2). On a représenté sur la figure 4 une variante de réalisation du dispositif selon l'invention. Suivant cette variante, le ventilateur 5 est entraîné en rotation au moyen d'un rail 16 à crémaillère associe à deux roues dentées 17 et 18 diametralement opposées et solidaires de l'axe 2 du conduit 1. Les roues 17 et 18 entraînent le ventilateur 5 par l'intermédiaire du dispositif de transfert 7 disposé à l'intérieur de l'axe 2, du conduit 1 et des paliers 19 et 20. La forme générale du conduit 1 est de préférence celle d'un demi-tore de section cylindrique, mais on conçoit que toute forme susceptible d'aboutir au même résultat convient. Le conduit peut présenter une longueur plus ou moins grande,en tenant compte des exigences liées, d'une part à la relation entre la direction d'éjection du jet d'air chaud et la tangente de la trajectoire à cet endroit, et d'autre part à l'optimisation de la distance parcourue par ledit jet d'air d'um extrémité à l'autre. En ce qui concerne le premier point, il est souhaitable que l'éjection du jet soit réalisé dans une direction proche de la tangente à la trajectoire des parois extrêmes du conduit 1. Suivant le second point, le trajet du flux d'air à l'intérieur du conduit doit être de longueur minimum et ne pas présenter de variations brusques de courbure. La forme d'un demi-tore de section cylindrique permet de répondre aux conditions visées précédemment. Le ventilateur 5 est agencé de manière à permettre l'aspiration dlune quantité d'air maximum dans le conduit. A cette fin, son axe est disposé parallèle à la tangente aux parois du conduit en son extrémité d'éjection 3. La disposition selon laquelle la source de chaleur 13 est située à l'aplomb de l'axe 2 de rotation du conduit assure une grande simplicité de construction et de fonctionnement au dispositif selon l'invention. Les moyens d'aspiration 5 peuvent être également constitués d'une turbine ou analogue. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Dispositif pour la production d'énergie mécanique à partir d'une source de chaleur, caractérisé en ce qu'il comporte un conduit courbe, mobile en rotation autour d'un axe, muni d'une extrémité d'aspiration et d'une extrémité d'éjection, toutes deux ouvertes, l'extrémité d'aspiration étant munie de moyens d'aspiration d'air entraînés mécaniquement par la rotation dudit conduit , le flux d'air ainsi créé étant canalisé vers ladite source de chaleur disposée à l'intérieur du conduit et apte à élever la température dudit flux d'air qui est ensuite expulsé par l'extrémité d'éjection selon une direction sensiblement orthogonale à l'axe de rotation du conduit, provoquant la rotation de celui-ci, le dispositif comportant en outre des moyens aptes à donner une impulsion initiale audit conduit dans son mouvement de rotation. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration d'air sont constitués d'un organe rotatif tel qu'un ventilateur, une turbine ou analogue. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source de chaleur est disposée selon l'axe de rotation du conduit, ledit axe étant creux afin de permettre l'alimentation de ladite source de chaleur. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'aspiration sont entraînés mécaniquement au moyen d'une part d'au moins un rail fixe à crémaillère, de forme circulaire,centre sur l'axe de rotation du dispositif, coopérant avec au moins une roue dentée solidaire du conduit, et d'autre part d'un dispositif de transfert à pignons et arbres, apte à transmettre le mouvement de rotation de la ou des roues à l'axe du ventilateur. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source de chaleur est constituée d'un organe de combustion, tel qu'un brûleur ou analogue, alimenté en combustible solide ou fluide. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le conduit a la forme d'un demitore de section cylindrique. 7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est associe à un organe générateur d'énergie électrique tel qu'une dynamo ou un alter nageur, dont l'axe est solidaire de l'axe de rotation du conduit. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'axe de rotation du conduit est disposé sensiblement à une distance égale de chacune des extrémités du conduit. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens aptes à donner une impulsion initiale au conduit dans son mouvement de rotation, sont constitués d'un organe à réaction tel qu'une fusée ou analogue, à durée de combustion limitée et disposé à proximité de l'extrémité de sortie dudit conduit. rotation, sont constitués d'un organe à réaction tel qu'une fusée ou analogue, à durée de combustion limitée et disposé à proximité de l'extrémité de sortie dudit conduit.