Brevet FR2527751A1 — publié le 19831202

Dans de nombreux cas, la transformation de l'énergie mécanique en énergie calorifique est obtenue par une production intermédiaire d'électricité, Cette solution n'est pourtant pas très rationnelle étant donné les rendements de la transformation d'énergie mécanique en énergie électrique et il serait plus judicieux de passer directement de l'énergie mécanique à l'énergie calorifique. La présente invention a pour objet un appareil répondant à ce problème et capable de transformer de grandes énergies à vitesse de rotation faible en production de calories. L'appareil selon l'invention consiste en une pompe hydraulique à pistons radiaux multiples dont le rotor est entouré d'un carter étanche définissant un volume constituant l'étage basse pression, ledit volume comprenant un échangeur de chaleur à circulation de fluide du type serpentin, l'étage haute pression communiquant avec ledit volume par l'intermédiaire d'un orifice de perte de charge, de préférence réglable. L'invention vise également les dispositions suivantes a) Le carter à la forme de deux connes opposés par leurs bases, supportant l'arbre d'entralnement par des paliers situés dans leurs sommets et supportant le stator circonférentiellement par leurs bases. Le stator pourra être constitué par la came sur laquelle roulent les galets des pistons, le rotor portant les cylindres radiaux et les pistons ou, à l'inverse, le stator pourra porter les cylindres radiaux et leurs pistons, le rotor étant constitué par la came sur laquelle roulent les galets des pistons. b) L'étage haute pression communique avec un espace disposé à l'intérieur de l'arbre d'entraînement débouchant axialement et fermé par un clapet réglable depuis l'ex- térieur du dispositif. c) Le clapet est réglable par vissage dans un capot fermant le carter et communiquant avec l'étage basse pression par une pluralité d'ouvertures radiales. d) Le carter est enfermé dans une enveloppe thermiquement isolante. e) Le profil de came est établi avec trois courbures en arc de cercle, la première, disposée aux sommets de la came ayant un rayon R1 de l'ordre de 15 à 20 t du rayon des galets des pistons, la seconde, disposée dans les creux de la came ayant un rayon R2 supérieur à celui des galets d'une valeur de 20 à 40 % environ, la troisième reliant les deux précédentes ayant un rayon R3 de l'ordre de grandeur du rayon moyen R4 de la came à 10 - 20 t près, les galets des pistons ayant eux-memes un rayon aussi faible que possible compte tenu des impératifs de résistance mécanique et de longévité auxquels ils sont soumis. f) En variante, l'étage haute pression comporte une communication avec l'extérieur de même que l'étage basse pression, ces deux communications étant contrôlespar des vannes de réglage. L'invention est plus amplement décrite avec référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une demi-coupe axiale schématique d'un dispositif selon l'invention ; La figure 2 est une vue partielle schématique de dessus, carter enlevé, illustant la forme de la came 17 du dispositif de la figure 1 La figure 3 est une vue analogue à la figure 2 illustrant une variante de position relative des cames et pistons La figure 4 est la courbe de variation de mouvement d'un piston telle qu'elle résulte de la configuration de la came. En se reportant aux figures 1 et 2, on voit que l'appareil est formé d'une pompe à pistons radiaux multiples I dont le rotor, qui comprend l'arbre 2, les cylindres 3, les pistons 1 ainsi que les soupapes 4 et 5 d'admission et de refoulement, est entouré d'un carter étanche 6 définissant un volume 7 constituant l'étage basse pression, ledit volume 7 comprenant un échangeur de chaleur à circulation de fluide 8 du type serpentin, l'étage haute pression 9 communiquant avec ledit volume 7 par l'intermédiaire d'un orifice de perte de charge 10 de préférence réglable; dans l'exemple l'exemple représenté l'office 10 est formé par l'espace séparant de son siège un clapet 11, monté sur le carter 6 par l'intermédiaire de la cloche 12 laquelle comporte un alésage fileté 13 dans lequel se visse la tige 14 du clapet 11.On règle dès lors l'ouverture 10 par un vissage de la tige 14 dans l'alésage 13, La cloche 12 communique avec le volume 7 par une série d'orifices radiaux 15. Les pistons 1 portent des galets 16 qui roulent sur la came 17. Conformément à l'invention le carter 6 à la forme de deux cônes opposés par leurs bases, supportant l'arbre 2 par des paliers 18, 19 situés aux sommets des cônes 6 et supportant le stator, en ltespèce la came 17, circonférentiellement par leurs bases. Dans l'exemple de la figure 3, l'arbre 2 porte la came 17 l'ensemble formant rotor, tandis que le stator est formé de cônes 6 supportant par leurs bases une couronne 20 portant les cylindres 3 avec leurs pistons 1 et les galets 16. Comme représenté figure 1 et 2, dans le cas où le rotor porte les cylindres et les pistons, l'étage haute pression 9 communique avec un espace 21 situé à l'intérieur de l'arbre 2 et fermé par le clapet 11 réglable depuis l'extérieur de l'appareil, De préférence l'étage 9 est réalisé sous forme d'une paroi 27 solidaire à la fois de l'arbre 2 et d'un cylindre 3. Dans le cas de la figure 3 où les cylindres 3 sont portés par le stator, l'étage haute pression est constitué par un collecteur (non représenté) débouchant dans l'espace 7 par un clapet réglable. L'ensemble du dispositif est disposé dans une enveloppe thermiquement isolante (calorifuge) 22, Le fonctionnement du dispositif est le suivant l'arbre 2, tournant à une vitesse qui peut être lente, entraîne le rotor à pistons (figures 1 et 2) ou la came 17 (figure 3). Les galets 16 roulant sur la came 17 aspirent le fluide (par exemple de l' > uile) dans la chambre 7 par les valves 4 et le refoulent à haute pression par les valves 5. Le fluide ainsi refoulé dans l'espace 9 retourne en circuit fermé par le clapet 10 dans la chambre 7 en pro duisant des turbulences et un échauffement, Les calories ainsi produites sont récupérées par le serpentin 8 dont le fluide (par exemple de l'eau) sortant en 27 est réchauffé par rapport au fluide entrant en 28. Le réglage du clapet 11 détermine la relation entre vitesse de rotation puissance absorbée et chaleur dégagée. La récupération d'énergie sous forme calorifique est dans tous les cas aussi complète que possible pour autant que le calorifugeage 22 soit efficace. Le Le principe des pompes à pistons radiaux multi- ples est en lui-même connu ainsi que leur fonctionnement. Cependant ces machines ont pour inconvénient un couple résistant peu stable, se traduisant en battements. Pour résoudre cette difficulté, l'invention prévoit de donner à la came 17 un profil établi au moyen de trois courburesen arc de cercle de rayon R1 , R2 > R3, les valeurs de ces rayons étant établies à partir du rayon Ro des galets 16 des pistons 1. En effet, la limite inférieure du rayon Ro est imposée par les dimensions des roulements à billes ou à rouleaux équipant ces galets et qui doivent être calculées en fonction de l'ordre de grandeur des forces d'appui entre galets 16 et came 17 et en fonction de la longévité que l'on attend de l'appareil. La valeur choisie pour R4 sera voisine de cette limite inférieure. La première courbure en arc de cercle, correspondant aux sommets de la came 17, aura un rayon R1 de l'ordre de 15 à 20 t du rayon Ro. Pour des valeurs plus petites, l'appui du galet sur la came devient trop ponctuel, ce qui engendre des usures localisées. D'autre part, il est avantageux de donneur à ce rayon une valeur faible. Le rayon R2 correspondant à la courbure en arc de cercle des creux de la came, sera supérieur à Ro d'une valeur de 20 t - 40 Ó environ. Le rayon R3 de la courbure reliant les précédentes sera voisin du rayon moyen R4 de la came. Avec cette dispositionj on obtient par les moyens les plus simples et les plus faciles à fabriquer (3 arcs de cercle ) un profil de came fournissant une courbe de course de piston voisine de celle représentée figure 4 dans laquelle la course du piston est portée en ordonnées en fonction du temps en abscisses Cette courbe comporte trois parties distinctes à savoir : une partie AB approximativement droite, les deux points A et B étant équidistants du point M qui représente la demi-course et le quart de période. Les parties OA et BP sont symétriques par rapport à M et le temps A'B' est aussi proche que possible du déphasage entre deux mouvements de pistons voisins. Selon une autre disposition de l'invention, l'étage haute pression 9 comporte une communication 23 avec l'ex- térieur, contrôlée par une vanne 24 ainsi que l'étage basse pression 7 (communication 25, vanne 26).En utilisant ces communications, l'appareil fonctionne en générateur d'huile chaude ou pompe haute pression, le rôle du serpentin 8 pouvant etre réduit ou même supprimé. En effet en réglant l'ouverture du clapet 11, l'huile contenu dans le dispositif circule en circuit fermé et s'échauffe. On peut donc extraire en 24 de l'huile chaude (à 1500C par exemple) en introduisant en 25, 26 une quantité mesurée d'huile froide. Cette variante permet d'extraire des calories à température supérieure à celle obtenue par le serpentin 8 qui permet normalement une élévation de température convenable pour une fourniture d'eau chaude, sans plus. De plus, en fermant complètement le clapet 11, on obtient un fonctionnement en pompe haute pression. Le fonctionnement en générateur d'huile chaude et en générateur d'eau chaude peuvent être combinés. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté à la transformation en énergie calorifique de l'énergie basse chute transformée en énergie mécanique par des turbines telles que celles décrites au brevet français 81.10781 déposé le 1er juin 1981 au nom du demandeur. En particulier, en asservis,rt 'e réglage de l'orifice 10 de perte de charge au niveau du bief amont alimentant une telle turbine, on obtient un fonctionnement assurant la régulation à niveau constant du niveau du bief amont et fournissant un débit de calories variant avec le débit de la rivière conformément à ce qui est décrit audit brevet. Le dispositif objet de la présente invention réalise donc en un appareil compact l'ensemble décrit en relation avec la figure 8 dudit brevet. REVENDICATIONS 1. Dispositif générateur de chaleur constitué par une pompe hydraulique à pistons radiaux multiples (1) dont le rotor est entouré d'un carter étanche (6) définissant un volume (7) constituant l'étage basse pression, ledit volume (7) contenant un échangeur de chaleur (8) à circulation de fluide, l'étage haute pression (9) communiquant avec ledit volume (7) par l'intermédiaire d'un orifice de perte de charge (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter (6) a la forme de deux cônes opposés par leurs bases, supportant l'arbre d'entraînement (2) par des paliers (18, 19) situés dans leurs sommets et supportant le stator circonférentiellement par leurs bases1 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le carter (6) est enfermé dans une enveloppe thermiquement isolante1 4.Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le profil de came est réalisé avec trois courbures en arc de cercle, la première, disposée aux sommets de la came (17) ayant un rayon R1 de l'ordre de 15 % à 20 % du rayon RQ des galets (16) des pistons (1), la seconde disposée dans les creux de la came (17) ayant un rayon R2 supérieur à Ro d'une valeur de 20 t à 40 % environ, la troisième, reliant les deux précédentes, ayant un rayon R3 de l'ordre de grandeur du rayon moyen R4 de la came, à 10 - 20 % près. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rotor porte les cylindres (3) et les pistons (1) et l'étage haute pression (9) communique avec un espace (21) disposé à l'intérieur de l'arbre d'entraînement (2), débouchant axialement, et fermé par un clapet (11) réglable depuis ltex- térieur du dispositif. 6, Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le clapet (11) est monté réglable par vissage dans un capot (12) fermant le carter (6) et communiquant avec l'étage basse pression (7) par une pluralité d'ouvertures radiales (15). 7, Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étage basse pression comporte une communication direct avec l'extérieur de l'appareil, l'étage basse pression comportant également une telle communication directe, ces communications étant contrôlées par des vannes de réglage.