Brevet FR2709153A1 — publié le 19950224

DESCRIPTION Ce texte décrit un modèle de moteur thermique. Le but de ce dispositif sera donc de convertir une certaine quantité de chaleur en travail. L'idée est d'utiliser une particularité des écoulements gazeux incompressible (ou pouvant etre considérés comme tels). Quand un écoulement traverse un conduit de longueur fini, il en ressort à une pression statique égale à la pression ambiante. Ainsi si on place dans un conduit, où circule un tel écoulement, une hélice reliée à une charge mécanique ou au contraire à un moteur, la pression statique en sortie sera toujours la meme. Par contre la pression en entrée augmentera dans le premier cas, et diminuera dans le second. Conformément à la loi de Bernouilli, la vitesse en entrée du dispositif connait une évolution inversement proportionnelle. On peut faire les memes observations si on remplace l'hélice par une source froide ou chaude. Le principe du dispositif est de cumulé dans un meme conduit une hélice reliée à une charge mécanique, et une source de chaleur, leur effet sur ltécoulement étant calculé pour s'annuler. On obtient ainsi un transfert d'énergie de la source chaude à l'hélice réceptrice, sans que cela ne modifie les caractéristiques de ltécoulement en amont et en aval du conduit. Pour que ce principe puisse etre appliqué deux conditions , au moins, doivent etre respectées: - La première est que l'énergie nécessaire à l'entretien de l'écoulement (t\z) soit très inférieure à l'énergie captée par l'hélice réceptrice (i,). Cette énergie (2) étant égale à énergie cinétique que possède l'écoulement en sortie de dispositif, on peut, pour une meme vitesse d'écoulement au niveau de l'hélice réceptrice, la réduire en augmentant la section de sortie. - La seconde est de minimiser les pertes de charges dût aux frottements et aux turbulences. Celles-ci devant être compensées par un apport d'énergie (soit la source de chaleur, soit l'hélice motrice), elles diminuent le rendement général du dispositif. Le dessin représente une vue en coupe du dispositif au 1/20. L'air traverse le dispositif de la gauche vers la droite. Le conduit cylindrique est de type convergent-divergent. L'angle du convergent est de 300 et celui du divergent de 70. Entre les deux est située une section droite à la fin de laquelle est placée l'hélice réceptrice. -Calcul du rendement: En notant l'énergie cédée par l'échangeur de chaleur l'énergie prélevée par l'hélice réceptrice l'énergie dissipée par frottements l'énergie cédée par l'hélice motrice le rendement de la génératrice le rendement du moteur étant très faible devant r cette formule indique que le rendement du dispositif sera essentiellement déterminé par l'importance des frottements. Application numérique: En prend pour hypothèse une vitesse de l'air en sortie du dispositif de 6,4 m/s et que l'hélice réceptrice capte une énergie équivalente à 60% de l'énergie cinétique de l'écoulement qui la traverse.(la vitesse maximum étant de 90 m/s, l'écoulement peut être considéré comme incompressible). Le tableau qui suit, indique certaines caractéristiques des sections 1, 2 et 3 (voir figure). La puissance théorique que peut convertir le dispositif, à cette vitesse d'écoulement, sera donc de 6 KWatt. En fait, comme on l'a vu précédemment, l'échangeur de chaleur devra dissiper une puissance supérieure à 6 KWatt afin de compenser l'énergie que l'écoulement cède par frottement. Légende de la figure: 1: section d'entrée A: hélice réceptrice 2: section au col B: génératrice 3: section de sortie C: échangeur de chaleur D: hélice motrice E: moteur Le dispositif est destiné aux mêmes utilisations que celles destinées aux moteurs thermiques courants. REVENDICATION 1) Dispositif pour convertir énergie thermique en énergie mécanique de rotation caractérisé en ce qu'il utilise ltécoulement d'un fluide, pouvant être considéré comme imcompressible, circulant dans un conduit de section variable où sont placées une hélice (D) reliée à un moteur (E), une hélice (A) reliée à une charge mécanique (B) et une source de chaleur (C): - L'hélice motrice (D) étant chargée de crée et d'entretenir l'écoulement. - L'hélice réceptrice (A), qui prélève de énergie à l'écoulement, étant placée dans une section de diamètre inférieur à celui de la section de sortie. - La source de chaleur fournissant une énergie équivalente à celle prélevée par l'hélice (A) ajoutée de celle dissipée par l'écoulement en frottement.