Brevet FR2680385A1 — publié le 19930219

La présente Invention est un Moteur thermique du type Turbine à réaction circulaire et poussée orthogonale,les. aubages moteurs du Rotor des Turbines classiques étang remplacés par des Tuyères d'échappement disposées à la périphérie du Rotor Lette conception présente des avantages technologiques, -Dans les Turbines à auflages moteurs, ceux-ci sont inclinés par rapport à l'axe de l'arbre moteur,de sorte que la pression des gaz qui s'effectue parallèlement à l'axe n'est pas intégralement apérante puisque la poussée est réduite par le sinus de l'angle des surfaces des aubages. -Par l'entrefer compris entre l'extrêmité des aubages et la surface intérieure du Stator ,la "fuite" des gaz diminue la poussée, -Les aubages soumis à de fortes contraintes mécaniques et thermiques sont particulièrement fragiles et L'usinage des matériaux réfractaires es.t délicat, -Les Turbines tournent à des vitesses consi4érables0 -Le Compresseur étant mécaniquement indépendant de la Turbine moteur,il y a un phénomène d'inertie à la réponse. flans la Turbine à Tuyères à réaction circulaire,la pression des gaz crée une poussée orthgonale qui agit intégralement sur le Roto-r.La vitesse de rotation-et le couple moteur dépendent du diamètre de la circonférence parcourue par les tuyères. La liaison directe entre le Compresseur et le- Rotor suppri me l'effet d'inertie à la réponse à ltaccélérateurv à à l'instar des moteurs à pistons, Avec une morphologie différente,le principe d'une telle Turbine avait déjà été proposé il y a plus de vingt années, La présente Invention apporte des modifications et des perfectionnements en ce qui concerne l'usinage et le cycle de fonctionnement.La Figure I représente une coupe de la Turbine et les organes annexes: Filtre à air comburant-@arbbrateur - Réservoir de carburant- Réservoir d'eau - Candenseur d'échappement. La caractéristique de l'Invention consiste à utiliser l'eau (H2 O):pour éliminer une certaine quantité d'Azote de l'air comburant et accroitre sa teneur en Oxygène;pour la dissocier en Oxygène et Hydrogène par injection dans la chambre d'éjection du Stator où règne une température élevée de 900 à I200 degrés permettant la transformation du CO en C02 et une petite production d'Hydrogène récupéré comme carburant complémentaire après le passage des gaz d'échappement à travers l'eau contenue dans le pot condenseur et une cloison poreuse. Le Filtre à air. Il comporte une embouchure (2),une pompe avec moteur électrique (3),une série d'un certain nombre de bacs (4)en alliage léger rigide contenant de l'eau.L'air est introduit par les tubes plongeants (5).La densité et la solubilité dans l'eau de l'Azote étant plus faibles que celles de l'oxygène, une très petite quantité d'Azote s'échappe dans l'atmosphère par l'orifiee (6).L'air dissous et légèrement plus oxygéné se dégagé par le tube (7)qui après un double coude plonge dans l'eau du second bac et ainsi de suite.Il est clair que plus la batterie filtrante contient d'éléments, plus riche en oxygène est l'air comburant se dégageant par la tubulure (E).(Figures I et 2 ). Le Carburateur (9) est l'objet d'un réglage corresponaant à la nature du carburant utilisé (Fig.I). Le Réservoir (10)contient le carburant amené au carburateur par la tubulure (II).(Fig.I). Le Réservoir d'eau (12)@eut être d'une grande capacité. L'injection de l'eau dans a partie inférieure du Stator s'effea- tue par la petite tubulure (13) et comportant une vanne de débit (I4) reliée au carburateur pour permettre la coordination des. débits de gaz et d'eau. Les gaz d'Echappement sont rejetés dans l'atmosphère après leur passage dans un pot siLencieux classique,un pot catalytique ou un condenseur (I5) rempli d'eau et à la partie supérieure duquel est disposée une cloison poreuse (16) travers.ée par I, hydrogène, réinjecté dans la chambre de compr.ession de la turbine par la tubulure (17).Les gaz d'échappement pénétrent dans 1' l'eau par le tuyau (I81 et sortent par le tuyau (19).CFig0I et 3). Le niveau de l'eau est maintenu constant par le tube de surverse (20), La TURBINE elle-même est constituée par un STATOR (21)(Fig.4). C'est un bâti oblong,disposé horizontalement alésé cylindriquement sur sa surface interne et réalisé en alliage métallique léger. Le ROTOR (Z2),en alliage léger est constitué par deux éléments cylindriques,de memes diamètre5,accolés hermétiquement par des joints de serraget23)(Fig.4 et 6).L'un des cylindres constitue la chambre d'admission et de compression;l'autre cylindre la chambre de combustion disposée en anneau autour de l'ar/bre. Un certain nombre de Tuyères (24),fixaes à la périphérie du Rotor, au niveau de la chambre annulaire de combustion,sont réparties symétriquement de façon parfaitement équilibrée et coudées tangentiellement pour que la poussée des forces de réaction agisse crthogona- lement par rapport à l'axe du Rotor.(Fig.I,4,5,6). - Le cylindre mateur compartant la chambre de combustion (25) est monté sur arbre creux (26) qui repose et tourne sur le palier à roulement(27). logé dans l'une des bases du Stator.-A l'opposé,le Rotor tourne sur le roulement (26} reposant sur l'arbre creux fixe (29)au @en- tre de l'autre base du Stator qu'il traverse et par lequel sont introduits les gaz issus du Carburateur.Il pénètre dans la chambre du Compresseur et se termine par le diffuseur parabolique (30). Le Compresseur axial (ai) est constitué par un mayeu eônique comp@t@a@t plusieurs étages d'aubages (32).L'arbre (33) tourne sur un palier à roulement (34)supporté par ltentretoiset35) et sur un roulement (36)logé dans le boitier à engrenages(37) solidaire du Stator.-Sur L'arbre (261 est talée une roue à dents interieures (38)qui entraine le pignon(39)calé sur l'arbore du compresseur à une vitesse sensiblement triple de celle du Rotor et en sens con- traire par pignons intermédiaires(4Q).Ce dispositif augmente le taux de compression et équilibre les ratations respectives.La lu hrification est assurée par la graisse dans le boitier à engrenages et par graisseurs à huile (41). Un démarreur électrique de mise en marche entraine le Compres- seur qui aspire les gaz diffusés,les pulvérise,les comprime en leur faisanttraverser les alvéoles (42) de la paroi en céramique (43 > séparant la chambre de compression de la chambre de combus- tion.Cette cloison est aussi un pare-flamme, La mise à feu est assurée au départ par un Allumeur à haute tension (44) qui par effet d'arc électrique provoque l'étincelle aux électrodes des bougies (45).Ces bougies,de poids aussi faible que possible et identiquement tarées sont fixées en parfaite symétrie sur la base du Rotor.Leur montage et leur échange éventuel est facilité par un grand diamètre de l'orifice sur lequel est vissé l'allumeur,ce qui facilite l'introduction d'une clé à bougies (Fig.I,4,5,6). 5ur la surface externe du cylindre de compression (Fig.1,4,6) et faisant corps avec lui,sont disposées des ailettes (46), inclinées comme les aubages du compresseur.Elles servent à acheminer L'eau introduite par l'injecteur (I3) vers la chambre d'éjeetion (53) dans laquelle elle est dissociée en Oxygène et Hydrogène sous l'action de la très haute température de 900 à 1300 degrés centigrades à laquelle sont portés les gaz éjectés par les Tuyères. Ces ailette; servent aussi à diriger les. gaz vers la huse d'échappement (47)(Fig.I,4,6). Elles assurent un échange thermique permettant d'élever la température des gaz admis dans le compresseur,conditions favoraDles à un meilleur rendement de la turbine.Compte-tenu de l'absence de frottements et de l'implantation statique des tuyeres,celles-ci et les parois internes de la chambre de combustion sont réalisables en alliage de céramique nitrure de Silicium,par exemple), Cet usinage est compatible avef la haute température qui règne à l'intérieur de la turbine et qui est favorable au rendement. Toutefois,une enveloppe cylindrique garnie d'amianthe (48), entoure le Stator pour servir de bouclier thermique de pro tection.(Fig.I). La prise de ferre peut être faite en bout de l'arbre (33) du compresseur.Elle peut aussi s'effectuer sur ltun ou les deux arbres (49) supportés par les paliers t5s),entrainés par les pignons (52) et le pignon dtattaque (51),solidaire du Rotor et percé au centre pour tourner librement sur l'arbre fixe et creux (29)0tFig.Iet 6) Le Moteur Turbine peut etre alimenté par divers carburants (essence,kérosène,alcool,gaz naturel ou de pétrole,les huiles, les esters d'huiles végétales,méthanol à indice d'octane élevé. La- Turbine,grâce à la combustion continue est quatre fois moins polluante qu'un moteur à piston à pot catalytique.Les Hydro-carbures sont mieux brulés et les Oxydes d'Azote en plus faible quantité.-Quatre ou cinq fois plus légère que les moteurs classiques,par son mécanisme et son usinage très siplifiés,sa morphologie très geométrique,le Moteur-turbine à Réaction circulaire peut être une solution d'advenir pour la motorisation en général et des voitures automobiles,en particulier, REVENDICATIONS I)- Moteur-Turbine à Réaction circulaire comportant un Stator(21) un Rotor(22)constitué par deux éléments cylindriques de mêmes dia mètres ac@ouplés hermériquement et séparés par une cloison en cé ramique(43) percée d'alvéoles (42)assurant le tranfert des gaz comprimés par un compresseur axial (31) dans la chambre de com hustion annulaire (25) à la périphérie de laquelle sont réparties d'une façon symétrique et équilibrée un certain nombre de Tuyères de réaction (24).coudées et orienté@spour exercer une poussée orthogonale par rapport à l'axe de rotation a 2)- Moteur-Turbine selon la Revendication I,caractérisé par le fait que le compresseur à aubages (32) tourne à l'intérieur du cylindre Rotor en. sens inverse et à une vitesse triple,son arbre (33) traversant l'arbre creux (26) du Rotor étant entrainé par le train d'engrenages (38),(39),(4O) logés dans lebbîtier (37) solidaire du Stator. 3)- Moteur-Turbine selon les Revendications I -et 2,earactérisé en ce que le mélange gazeux provenant du carburateur (9)est ad mis dans la chambre de compression par la tubulure (29),arbre creux fixé au centre dtune des bases du Stator et seruant de bder au roulement (28) sur lequel tourne le Rotor. 4)- Moteur-Turbine s.elon la Revendieation 2,caractérisé par le fait que l'arbre (9a) du compresseur repose à ses extrémités sur le roulement (36) logé dans le boitier (3T) et sur le roule ment (34)logé au centre d'une entretoise (35) solidaire du rotor. 5)- Moteur-Turbine selon les R.evendications I et 3,caractérisé par le fait que la mise à feu au démarrage s'effectue par l'are électrique entre la pointe de l'allumeur (44) et celle de deux ou plusieurs bougies (45) de dimensions et de poids aussi fai bles que possible,fixées suivant une symétrie très équilibrée sur la base du Rotor,leurs électrodes pénétrant dans la cham bre de combustion(25). 6)- Moteur-Turbine selon la Revendication I,aaractérisé par le fait que les propriétés physico-chimiques de l'eau (H2O) sont utilisées au cours du cycle de fonctionnement pour améliorer 51e rendement et réduire la pollution.L'eau est utilisée dans le Filtre à air comburant,dans la chambre d'éjection où la haute température de 900 à 1200 degrés qui y règne est mise à profit pour obtenir un dégagement d'Oxygène agissant sur l'Oxy de carbone (CO)pour donner de l'acide carbonique (C02)non toxique. REVENDICATIONS (Suite) .... ainsi qu'un dégagement d'Hydrogène réutilisé comme carburant. T)- Moteur-turbine selon la Revendication 6,caractérisé par le fait que l'eau contenue dans un réservoir (12) est injectée à l'intérieur du Stator par une tubulure (13) et pulsée vers la chambre d'éjection 53) par la rotation des aubages (46),insé- rées sur les génératrices externes du cylindre compresseur qui favorisent l'échappement des gaz par la buse C4T) et contribuent aux échanges thermiques qui élèvent la température@dans le cylindre com-presseur avant ltintraduction des gaz dans la chambre de combustion,condition favorable pour un meilleur rendement. 8)- Moteur-Turbine, selon la Revendication 6,caractérisé par le fait que le dispositif d'admission de l'air comburant dans le carburateur (9) peut comporter un filtre (4)constitué par une série de bacs remplis d'eau avec tubes plongeurs (5) (T) permettans d'éliminer successivement une petite quantité d'Azote pour augmenter la teneur en Oxyqgneaen application des propriétés physiques respectives des deux gaz ,l'Azote étant moins dense et moins soluble dans l'eau,la circulation étant activée par la pompe (a). 9)- Moteur-Turbine selon les Revendication 5 et 6,caractérisé par le fait que les gaz d'échappement sont pulsés vers un pot, silencieux ou catalytique ou un condenseur hydraulique (15), traversé par l'Hydrogène qui est réinjecté dans le cycle de la carburation par la tubulure 17) après son passage à travers la cloi- son poreuse (16). 10)- Moteur-turbine selon la Revendication I caractérisé en ce que la prise de force peut être appliquée,soit en bout de 1' arbre (33) du Compresseur,soit sur l'un des arbres (49),entrainé à une vitesse moindre par un train de pignons (51)-(52) disposés sur la flasque du Stator opposés au boitier à engrenages 37).