Brevet FR2534321A1 — publié le 19840413

"Moteur rotatif" La présente invention concerne un moteur rotatif à fluide thermodynamique comportant un ensemble d'équipage solidaire en rotation et formé chacun de deux enceintes rigides à volume constant équidistant et contenant un fluidethermodynamique qui se vaporise et se condense successivement suivant que l'enceinte est soumise à l'effet de la source chaude ou de la source froide, les enceintes étant rigides à volume constant. L'invention est notamment relative à un moulin solaire convertissant l'énergie thermo l dynamique en énergie mécanique et électrique par l'intermédiaire d'un fluide thermodynamique en équilibre constant (vapeur liquide) et en circuit bouclé, et d'un second fluide (eau, huile, etc) ou un organe basculeur. On connaît déjà de tels dispositifs so- laires, assurant la conversion de l'énergie thermo- dynamique en énergie mécanique, soit par la - vaporisation d'un fluide, soit par le biais d'un moteur à gaz utilisant le diagramme de Carnot. Toutefois, ces deux types d'installations, actuellement présentés sur le marché sont onéreux; les moteurs à gaz nécessitant notamment des installations complexes (capteur, évaporateur, condenseur, moteur à expansion, pompe de réinjection, etc). En dehors des investissements très élevés qu'elles entraînent, ces installations demandent en outre une assistance technique permanente De plus, leur rendement est médiocre Certaines applications prennent des formes de gadget parce que non industrialisables. Ces gadgets sont basés sur le principe suivant Un liquide qui s'évapore en augmentant la pression du réservoir, cette pression fait monter un liquide dans un système d'équilibre, fait basculer l'ensemble et revient à sa position initiale C'est ce qui prend le nom courant de Canard. La présente invention a pour but de créer un moteur rotatif du type cidessus, susceptible de fournir une puissance relativement importante pour l'entraînement d'un dispositif utilisateur, et dont le fonctionnement ne soit pas déréglé rapidement par le déséquilibre des enceintes correspondantes. A cet effet, l'invention concerne un moteur caractérisé en ce que chaque module se compose d'une chambre déformable étanche, contenant du fluide thermodynamique et un moyen de transmission pesant transmettant immédiatement et intégralement toute variation de volume de l'une des chambres vers l'autre chambre, le moyen de transmission prenant ainsi une position déséquilibrée se traduisant par un couple transmis à l'axe du moteur. Suivant une autre caractéristique, le moyen de transmission est soit un ensemble de deux pistons reliés par un organe de liaison muni d'une masse pesante, soit par une colonne de liquide. Les deux pistons peuvent également être constitués par des cloisons souples ou des poches. Au repos lorsque la température de la source froide est égale à celle de la source chaude, le système est à l'équilibre: les masses de fluide thermodynamique contenu dans les deux chambres sont égales et l'organe de transmission, pesant, est à l'équilibre. Ce n'est que, par suite du déplacement, de l'organe de transmission pesant, sous l'effet de la différence de pression régnant dans les deux chambres des modules diamétralement opposés de chaque équipage, que ce déséquilibre crée un couple appliqué à l'axe de sortie du moteur. La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels La figure l est un schéma de principe d'un moteur, selon l'invention, La figure 2 est une vue en coupe selon II-II de la figure 1, La figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 1. La figure 4 est un schéma en perspective d'un autre mode de réalisation, La figure 5 est une coupe par un plan médian du mode de réalisation, selon la figure 4, Les figures 6 et 7 sont des schémas de deux modes de réalisation d'un tunnel. Selon la figure 1, le moteur rotatif à fluide thermodynamique se compose d'un ensemble de modules l formé chacun de deux enceintes 2, 3, reliées entre elles par exemple par un bras diamétral 4 formant également un tube de liaison. Chaque enceinte 2, 3 contient une poche , 6; les deux poches des deux enceintes correspondantes communiquent par le tube 4 Le volume délimité respecti- vement entre chaque enceinte 2, 3 et la poche 5, 6, est fermé de façon étanche et contient un fluide thermo- dynamique, c'est-à-dire un fluide susceptible de se vaporiser à la température de la source chaude SC et de condenser à la température de la source froide SF. Comme les températures des sources chaude SC et froide SF dépendent des conditions d'utilisation, le fluide thermo- dynamique est choisi en conséquence. L'ensemble formé par les deux poches 5, 6 et le tube 4 constitue un volume fermé, constant, avec deux parties déformables formées par les poches 5, 6. Toute diminution de volume de l'une des poches 5, 6 se traduit par une augmentation de volume de l'autre poche 6, 5 puisque le volume ainsi fermé contient un fluide non comprimable, de préférence un liquide par exemple de l'eau ou un liquide de plus forte densité. Tous les équipages mobiles ( 2, 3) sont solidaires d'un axe de sortie 7 Comme le couple exercé par chaque équipage mobile dépend de la différence de poids entre les deux poches 5, 6, la source chaude SC agit sur une moitié verticale du dispositif et la source froide SF agit sur l'autre moitié verticale du dispositif. L'axe 7 comporte dans chaque plan autant d'équipages mobiles que le permet l'encombrement des enceintes 2, 3 Plusieurs équipages mobiles peuvent être juxtaposés sur un même axe. Selon un mode de réalisation, la source chaude SC est constituée par un canal torique de section circulaire correspondant à un demi-tore Ce canal 8 est un absorbeur de rayonnement solaire La source froide SF est constituée également par un canal 9 de section circulaire et de forme torique correspondant à une demi-tore En fait, les canaux de la source froide et de la source chaude ( 8, 9) correspondent au même tore. Le canal 8 de la source chaude est constitué par une enveloppe 10 constituant un absorbeur de chaleur entouré d'une enveloppe transparente il donnant un effet de serre. Le canal 9 de la source froide présente une paroi extérieure 12 par exemple en feutre sur laquelle on fait tomber de l'eau qui, par évaporation, prend de la chaleur et permet de refroidir le canal et par suite les enceintes au fur et à mesure qu'elles passent dans - le canal. Le mouvement peut également être accéléré par un effet de cheminée par circulation des gaz chaud et froid dans les deux canaux, avec des prises d'air chaud et froid 13, 14 et des sorties 15, 16, par exemple des puits canadiens fournissant de l'air chaud ou de l'air frais suivant que l'extérieur est la source chaude ou froide et le puits canadien la source froide ou chaude. Enfin, le dispositif peut être associé à tout autre dispositif de récupération d'énergie naturelle. La figure 2 est une coupe selon I Il II de la figure 1 et montre -la structure du dispositif au niveau de la source chaude dont le canal travaille par effet de serre Cette coupe montre l'enveloppe extérieure il transparente contenant une couche d'air puis la matière absorbante de l'absorbeur 10 définissant le canal 8 dans lequel circule t les enceintes 2, 3 Les enceintes 2, 3 de chaque équipage qui sont de préférence des sphères ou des quadrilatères en un matériau très conducteur comme du cuivre ou de l'aluminium, contiennent-l'enveloppe déformable 5, 6 qui est en un matériau de préférence mauvais conducteur pour limiter les échanges de chaleur ou de froid vers le fluide non compressible. La figure 3 montre la structure du dispositif de la figure 2 au niveau de la source froide SF, montrant l'enveloppe opaque 12 absorbant le liquide, par exemple du feutre, délimitant le canal 9 dans lequel passent les enceintes 2, 3. Selon les figures 2 et 3, l'étanchéité entre les tubes 4 qui portent les enceintes 2, 3 et le canal de la source chaude et de la source froide 8, 9, est assurée par des bavettes 17 Cette étanchéité peut également être assurée de façon différente en rem- plaçant les tubes 4 radiaux par un rotor ou du moins en associant à la partie extérieure des tubes 4 au niveau de leur passage dans les canaux des sources chaude et froide 8, 9, une couronne assurant l'étanchéité par contact de glissement ou de roulement sur les organes d'é- tanchéité antagonistes prévus dans les canaux des sources chaude et froide 8, 9. Pour mettre à profit la circulation montante de gaz chaud et de gaz froid dans les canaux des sources chaude et froide, il est intéressant de munir les enceintes au moins partiellement d'aubes 18 pour améliorer la transmission du mouvement. Enfin, la source chaude peut être remplacée par un bassin qui se chauffe au rayonnement solaire ou qui contient de l'eau chaude de récupération et dans lequel plongent successivement les enceintes pour se réchauffer, la source froide étant constituée par l'extérieur du bassin. Selon les figures 4 et 5, le moteur se compose d'un stator 20 et d'un rotor 21. Le stator 20 est en forme de tunnel torique (cf figures 6 et 7) comprenant une enveloppe isolante 22 de section par exemple rectangulaire, carrée ou circulaire, entourant une enceinte 23 dans laquelle circule un fluide caloporteur et une enceinte 24 dans laquelle circule un fluide de refroidissement Chaque enceinte 23, 24 correspond sensiblement à un demi-cercle. Le rotor 21 tourne dans le volume libre délimité par les enceintes 23, 24. Dans un premier mode de réalisation (modules 25, 26), le rotor 21 se compose d'un ensemble de modules comportant une cloison souple 27 délimitant respectivement. des chambres 28, 29 et 30, 31. Les chambres 28, 30 contiennent un fluide thermodynamique susceptible de se vaporiser et de se condenser aux températures des sources chaudes et froides du moteur. Les chambres 29, 31 sont reliées par un conduit 32 et l'ensemble du volume ainsi délimité contient. un liquide dont la température d'ébullition est beaucoup plus élevée que celle de la source chaude. Le liquide est ainsi refoulé partiellement de la chambre (par exemple 29) située du côté de la source chaude vers la chambre 31 du côté de la source froide en déséquilibrant ainsi le module pour créer un couple moteur appliqué à l'arbre de sortie du moteur. La figure 5 montre la déformation et la position des deux cloisons 27; dans cet exemple, les cloisons sont déformables; elles pourraient également être constituées par une cloison formant piston et enserrant une colonne de liquide. Suivant une autre variante non représentée, pour augmenter les possibilités du moteur, on augmente la masse déplacée au cours de chaque cycle; pour cela, on peut relier les deux pistons par une tige de piston éventuellement chargée par une masse. Selon la figure 5, suivant un autre mode de réalisation, le module se compose de deux chambres 33, 34 contenant chacune une poche déformable 35 contenant un fluide thermodynamique. Comme précédemment, les chambres 33, 34 -sont reliées par un conduit 36 qui les met en communi- cation Le volume ainsi délimité contient un liquide inerte aux températures de fonctionnement de l'installa- tion, c'est-à-dire ne s'évaporant pas à la température A de la source chaude. La vaporisation de liquide thermodyna- mique dans la chambre 33 du côté de la source chaude provoque le refoulement du liquide vers la chambre 34 du côté de la source froide et engendre ainsi un couple moteur. Pour améliorer le fonctionnement, il est intéressant d'isoler les chambres des différents modules, les unes des autres. Les entrées et sortie des fluides calo- porteurs des sources chaude et froide portent les références 37, 38; 39, 40. Les figures 6 et 7 montrent deux exemples de tunnels pour les sources chaudes et froides Du côté tourné vers le centre du tore, les tunnels comportent un passage 41 pour les conduites 32, 36. Enfin, pour éviter que la cloison 27 ou la poche 35 ne bouchent les conduites 32, 36, celles-ci sont munies d'un organe de protection 42 (figure 5). Il convient de remarquer que le rotor 21 selon la figure 5, peut également s'appliquer au cas d'une source chaude constituée par le rayonnement solaire direct Dans ce cas, le tunnel du stator 20 est t, supprimé au moins dans la partie constituant la source chaude ou est remplacé par un tunnel à effet de serre. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 ) Moteur rotatif à fluide thermodynamique comportant un ensemble d'équipage solidaire en rotation et forme chacun de deux modules rigides à volume constant, diamétralement opposés et contenant un fluide thermodynamique qui se vaporise et se condense successivement suivant que le module est soumis à l'effet de la source chaude ou de la source froide, moteur caractérisé en ce que chaque module se compose d'une chambre déformable étanche ( 6, 28, 30, 35) contenant du fluide thermodynamique et un moyen de transmission pesant ( 4, 32, 36) transmettant immédiatement et intégralement toute variation de volume de l'une des chambres transmis à l'axe ( 7) du moteur. 2 ) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transmission est constitué par un ensemble de deux pistons reliés solidairement en mouvement et chaque piston constitue la paroi mobile de chaque chambre déformable. ) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de transmission est constitué par une colonne ( 4) de liquide inerte aux températures et conditions de fonctionnement du moteur, cette colonne de liquide étant comprise entre deux pistons ( 5, 27, 35) délimitant les chambres étanches de volume variable contenant chacun du fluide thermo- dynamique. ) Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les pistons sont constitués par des cloisons souples ( 27) déformables ou par des poches ( 5, 35). ) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un stator ( 20) et un rotor ( 21), le stator ( 20) étant en forme de tunnel entouré par une enceinte ( 23) dans laquelle circule le fluide caloporteur de la source chaude ou de la source froide, elle-même entourée d'une enceinte d'iso- lation ( 22) et le rotor ( 21) se compose des différents équipages formés de modules, le rotor circulant dans l'enceinte délimitée par le stator ( 20. 6 ) Moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie du stator ( 20) corres- pondant à la source chaude, est constituée d'une enceinte formant serre et l'enceinte extérieure d'isolation est supprimée. 7 ) Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les chambres successives des différents modules sont isolées thermiquement les unes des autres.