Brevet FR2721072A1 — publié le 19951215

- 1 - APPAREIL PERMETTANT DE CONVERTIR L'ENERGIE HYDRAULIQUE EN ENERGIE MECANIQUE A DES FINS D'USAGE DOMESTIQUE La présente invention a trait au domaine de l'hydraulique et concerne plus particulièrement un appareil permettant de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique à des fins d'usage domestique. L'énergie considérable que nous consommons nous est le plus souvent soumise sous forme d'électricité: c'est le moyen le plus commode pour transporter l'énergie du lieu de production au lieu de consommation. Cependant les différentes manières de produire des quantités sans cesse croissante d'électricité nous placent devant une alternative inconfortable: d'un côté, la dégradation de notre environnement causée par la combustion du charbon et du pétrole; de l'autre, le risque de catastrophe nucléaire, peu probable, mais aux conséquences dévastatrices. Aussi, l'électricité est encore la source d'énergie la plus employée pour assurer le fonctionnement des appareils ménagers. Partant de cette constatation, le demandeur a imaginé d'utiliser une autre source d'énergie acheminée gratuitement dans toutes les installations domestiques: l'énergie hydraulique issue du réseau de distribution d'eau. Pour ce faire, il a imaginé un appareil original permettant de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique utilisable à des fins d'usage domestique. Selon le concept fondamental de l'invention, cet appareil est constitué par un cylindre fermé à une extrémité et dans lequel coulisse un piston retenu audit cylindre par une membrane déformable de manière à délimiter sur la hauteur dudit cylindre au moins deux chambres de volume variable. La première chambre dite "de travail" confinée par l'extrémité fermée et la membrane, est alimentée selon des cycles alternés - 2 - d'admission et de refoulement en eau sous pression alors que la deuxième chambre dite "de guidage" a pour objet d'accompagner les mouvements de déplacement du piston entraîné par la susdite membrane sous l'effet des variations de volumes de La susdite chambre de travail. La chambre de travail joue donc le rôle de moteur permettant d'assurer les déplacements du piston dans la chambre de guidage du mouvement alternatif rectiligne du piston. La présence de La membrane déformable a un double intérêt: - d'une part, elle permet Le guidage du piston dans le cylindre avec grand jeu entre les deux, autorisant une tolérance certaine dans l'usinage de ces deux pièces, - d'autre part, elle délimite une frontière variable et étanche entre les deux chambres. Cette membrane permet donc l'utilisation de pièces à usinage grossier donc peu coûteux tout en assurant l'étanchéité entre les deux chambres et ce pour un fonctionnement silencieux offrant un rendement excellent grâce aux forces de frottement pratiquement inexistantes. Selon un mode de réalisation préférée de l'invention, la susdite chambre de travail débouche sur le réseau de distribution d'eau domestique au moyen d'une seule tubulure et via un dispositif à commande manuelle. Ce dernier, instaLlé entre le réseau de distribution et la tubulure débouchant à l'intérieur de la chambre de travail, est constitué par une vanne à trois voies assurant dans une première position dite de service, l'admission de l'eau sous pression dans ladite chambre et dans une seconde position dite de repos, le refoulement du liquide hors de la chambre. En branchant l'appareil sur le service de distribution d'eau domestique se trouvant dans toutes les habitations, il est possible de faire fonctionner l'appareil de l'invention sans autre source d'énergie supplémentaire. En effet, grâce à une adéquation judicieuse entre la section de la tubulure d'admission et celle du piston de travail, il est possible de brancher l'appareil de l'invention sur le réseau de distribution d'alimentation en eau domestique, dont la pression est suffisante pour que l'appareil puisse délivrer en sortie une puissance utilisable pour assurer le bon fonctionnement des appareils ménagers courants. En outre, lorsque la pression du réseau s'avère insuffisante,' -3- il est possible d'y pallier en interposant un dispositif de pompe à eau, du genre de celle employée dans le lave-linge. Cet appareil offre l'avantage d'être autonome et pourra être utilisé en tout endroit o on dispose d'une énergie sous la forme d'un fluide sous pression (énergie hydraulique, énergie pneumatique,...). Les applications d'utilisations de l'appareil de l'invention sont nombreuses et diverses. Par exempLe pour un usage domestique, il suffit d'adapter sur la chambre de guidage, un accessoire permettant au piston de comprimer un fruit pour que l'appareil de l'invention puisse être utilisé en tant que presse fruits. Pour un usage domestique, cet appareil a pour grand avantage en fonctionnement de ne transmettre aucune charge supérieure à son poids propre car les efforts de travail s'équilibrent entre les composants de telle sorte que le support de cet appareil n'aura pour seule fonction que celle d'assurer la suspension de ce dernier. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, le susdit piston de travail est relié à l'extrémité fermée de la chambre de travail par un moyen de rappel élastique, par exemple un ressort. En effet, pendant la phase de refoulement de l'eau commandé par la vanne à trois voies, le piston doit revenir à sa position de repos à l'intérieur de la chambre de travail. Pour ce faire, il est nécessaire d'adjoindre à la membrane une force de rappel supplémentaire obtenue dans le cas présent par un ressort calé entre l'extrémité fermée de la chambre de travail et le piston. La force élastique de ce ressort est paramétrée pour autoriser son allongement d'une part, sous l'effet de la pression de l'eau admise dans la chambre de travail, et sa rétraction d'autre part pour aider la membrane à reprendre sa position d'équilibre de telle sorte que le piston remonte dans la chambre de travail à sa position initiale tout en chassant l'eau hors de la chambre de travail. L'extension et la rétraction du ressort correspondent donc aux deux phases d'admission et de refoulement de l'eau dans la chambre de travail ainsi qu'aux deux mouvements de descente et de rmontée du piston dans le cylindre. L'invention venant d'être évoquée ci-dessus dans sa forme la plus élémentaire, d'autres caractéristiques et d'autres avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit donnant à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, un mode de - 4 réalisation d'un appareil permettant de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique utilisé en tant que presse-fruit et respectant les concepts fondamentaux de l'invention. Sur ces dessins: La figure 1 est une vue en perspective d'un tel appareil. La figure 2 est une vue en perspective éclatée des éléments de cet appareil. La figure 3 est une vue en coupe verticale de cet appareil. Tel qu'illustré sur l'ensemble des dessins, le presse-fruits de l'invention est constitué par un appareil 100 permettant de convertir l'énergie hydraulique fournie par le réseau de distribution d'eau domestique symbolisé par la flèche D, en énergie mécanique qui sera transmise à un dispositif presse-fruits 200 associé à l'appareil 100, l'ensemble étant maintenu suspendu au-dessus d'une table de travail par un support 300. L'appareil 100 est constitué par un cylindre 110 relié au réseau de distribution d'eau D et par un piston 120 monté coulissant (flèches X et Y) selon un mouvement rectiligne alternatif. Ce piston 120 est retenu au cylindre 110 par une membrane déformable 130 positionnée de manière à délimiter à l'intérieur de ce dernier deux chambres de volume variable 111 et 112. La chambre de travail 111, confinée à sa partie haute par un chapeau 111a et à sa partie basse par la membrane 130, débouche sur le réseau de distribution D au moyen d'une tubulure d'admission 111b aménagée dans la paroi latérale du cylindre 110 sur la hauteur de la susdite chambre de travail 111. La chambre de guidage 112, confinée à sa partie haute par la susdite membrane 130 et débouchant librement à son extrémité basse 112a, permet d'accompagner les mouvements alternatifs rectilignes X et Y du piston 120, à l'aide de joints 121 qui seront convenablement agencés par un homme de métier dans des gorges 121a aménagées sur le piston. La chambre de travail 111 a un rôle moteur sous l'effet de ses variations de volumes qui actionnent les déplacements X et Y du piston dans la chambre de guidage 112. Il suffit d'adapter sur l'extrémité 112a de la chambre de guidage -5- 112, Le dispositif presse-fruits 200 constitué par exemple par une grille 210 maintenue dans un bol 220 préformé à son extrémité haute pour coopérer de manière amovible avec l'extrémité basse 112a de la chambre de guidage 112 et à son extrémité basse d'un étranglement ouvert 220a pour retenir la susdite grille et pour assurer l'écoulement du jus d'un fruit logé dans le bol 220 et pressé contre la grille 210 par le piston 120 descendant dans le cylindre 110. Bien évidemment, ce mode d'utilisation de l'appareil de l'invention en tant que presse-fruits est un exemple illustrant les possibilités d'exploitation d'un tel appareil. O10 Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les mouvements descendants X et ascendants Y du piston sont assujettis à un dispositif à commande manuelle 140 interposé entre la tubulure d'admission 111b de la chambre de travail 111 et le réseau de distribution d'eau domestique D. Ce dispositif à commande manuelle 140 est à cet effet constitué par une vanne à trois voies permettant: - dans une première position, telle qu'illustrée par la flèche A sur le dessin de la figure 3, de mettre en communication le réseau de distribution d'eau D avec l'intérieur de la chambre de travail 111 et assurer l'admission sous pression de l'eau dans cette dernière, - et dans une deuxième position, telle qu'illustrée par la flèche R sur les dessins des figures 1 et 2, de mettre en communication la chambre de travail 111 avec L'extérieur et assurer le refoulement du liquide vers l'extérieur de la chambre 111 tout en interrompant l'admission d'eau sous pression par le réseau de distribution D. Ainsi, lorsque le dispositif à commande manuelle 140 est dans la position A, l'eau pénètre sous pression dans la chambre de travail 111 augmentant le volume de celle-ci en déformant la membrane 130 vers le bas et en commandant le déplacement X du piston 120. A l'inverse, lorsque le dispositif 140 est dans la position R, la chambre de travail 111 est isolée du réseau D, et le piston remonte (flèche Y) rappelé à sa position d'équilibre une force élastique de rappel F et en repoussant vers l'extérieur le volume d'eau qu'elle avait précédemment admise. Cette force de rappel F est obtenue par un ressort de rappel 131 calé entre le chapeau 111a du cylindre 110 et la face supérieure 120b du piston 120. Comme indiqué au début du présent mémoire, les caractéristiques physiques - 6 d'élasticité du ressort 131 sont telles qu'elles permettent son extension sous l'effet de la pression de l'eau admise dans la chambre de travail 111 et sa rétraction vers sa position d'équilibre lorsque ladite chambre de travail n'est plus soumise à la pression du réseau de distribution d'eau D, notamment lorsque le dispositif de commande 140 est dans la position R. Selon un mode de réalisation préférentielle de l'invention, le cylindre 110 est constitué par l'assemblage de deux demi-cylindres 110a et 110b obtenu à mi hauteur par un dispositif de verrouillage par écrou 113, de manière à emprisonner entre eux le bord périphérique externe 130a de la membrane 130 afin d'assurer l'assujettissement de cette dernière audit cylindre. Le bord périphérique interne 130b de la susdite membrane est quant à lui assujetti sur la face circulaire supérieure (120b) du piston 120. Cette disposition en demi-cylindre facilitera les opérations de montage et de démontage de l'appareil pour son entretien. D'autre part, selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le système de verrouillage pourra être constitué par un collier agencé avec le support 300 permettant de maintenir en hauteur sur une table de travail ledit appareil de l'invention. Le fonctionnement de l'appareil ci-dessus décrit est simple et le suivant. Lorsque la vanne à trois voies 140 est commandée manuellement pour se trouver dans la position A telle qu'illustrée le dessin de la figure 3, l'eau du réseau de distribution d'eau domestique D est introduite sous pression à l'intérieur de la chambre de travail 111, provoquant le déplacement descendant X du piston dans le cylindre 110 et ainsi l'écrasement du fruit logé dans le bol 220 comprimé entre la face inférieure 120a du piston et la grille 210. Lorsque la vanne à trois voies est commandée de manière à se trouver dans la position R telle qu'illustrée sur les dessins des figures 1 et 2, le ressort 131 rappelle par sa force élastique F le piston 120 de telle sorte que l'eau comprimée par la membrane 130 dans la chambre de travail 111 s'évacue hors de ladite chambre 111, via la vanne trois voies. On comprend que l'appareil, qui vient d'être ci-dessus décrit et -7- représenté, l'a été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention pris dans ses aspects et dans son esprit les plus larges. Afin de permettre une meilleure compréhension des dessins, une liste des références avec leurs légendes est ci-après énumérée. 100............................ Appareil permettant de convertir l'énergie hydraulique de l'eau en énergie mécanique 110..................... Cylindre a,110b.......... ... Demi-cylindres 111................. Chambre de travail 11a........... DTD: .. Chapeau 111b............. Tubulure d'admission 112................. Chambre de guidage 112a............. Rxtrémité basse de la chambre de guidage 113................. Dispositif de verrouillage par écrou 120.............. Piston a................ Face inférieure du piston b................ Face supérieure du piston 121................ . Joint torique 121a............. Gorge de réception du joint torique 130..................... Membrane déformable a.................. Bord périphérique externe de la membrane 130 b.... DTD: .............. Bord périphérique interne de la membrane 130 131................. Ressort 140......DTD: ............... Dispositif a commande manuelle 200....................... DTD: ..... Dispositif presse-fruits 210..................... Grille 220..................... Bol -8220a................ Etranglement d'évacuation du jus de fruits 300........................... . Support Flèche D....................... Réseau de distribution d'eau domestique Flèche X........DTD: ............... Mouvement rectiligne descendant du piston Flèche Y....... DTD: ................ Mouvement rectiligne ascendant du piston Flèche F....................... Force élastique de rappel Flèche A...DTD: .................... Positiov d'admmission de la vanne Flèche R....................... Position de refoulement de la vanne -9-..DTD: R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Appareil permettant de convertir l'énergie hydraulique en énergie mécanique à des fins d'usages dommestiques, CARACTERISE PAR LE FAIT QU'elle comprend un cylindre (110) fermé à une extrémité (111a) et dans lequel coulisse un piston (120) retenu audit cylindre (110) par une membrane déformable (130) de manière à délimiter sur la hauteur dudit cylindre au moins deux chambres de volume variable (111 et 112), la première chambre dite "de travail" (111) confinée par l'extrémité fermée (111a) et la membrane (130) est alimentée selon des cycles alternés d'admission et de refoulement en eau sous pression alors que la deuxième chambre dite "de guidage" (112) a pour objet d'accompagner les mouvements de déplacement (flèches X et Y) du piston (120) entraîné par la susdite membrane (130) sous l'effet des variations de volumes de la susdite chambre de travail (111). 2. Appareil selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE la susdite chambre de travail (111) débouche sur le réseau de distribution d'eau domestique (D) au moyen d'une seule tubulure (111b) assurant l'admission et le refoulement de l'eau dans et hors de la chambre de travail (111). 3. Appareil selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le mouvement ascendant (flèche Y) du susdit piston (120) dans le cylindre (110) est commandée par une force de rappel (F). 4. Appareil selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le susdit cylindre (110) est constitué par l'assemblage de deux demi-cylindres (110a et 110b) par un dispositif de verrouillage par écrou (113), de manière à emprisonner entre eux le bord externe périphérique de la membrane (130) afin d'assurer l'assujettissement de cette dernière audit cylindre (110). 5. Appareil selon la revendication 1, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE le bord périphérique interne (130b) de la susdite membrane est assujetti SO sur la face circulaire supérieure (120b) du piston (120). 6. Appareil selon la revendication 1 et 2, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE les mouvements descendants (flèche X) et ascendants (flèche Y) du susdit piston (120) sont assujettis à un dispositif à commande manuelle (140) interposé entre la tubulure d'admission (111b) de la chambre de - 10 - travail (111) et Le réseau de distribution d'eau domestique (D). 7. Appareil seLon Les revendications 1 et 3, CARACTERUISE PAR LE FAIT QUE La susdite force de raopeL (F) du piston (120) est obtenue par un ressort de rappeL (131) caLé entre L'extrémité fermée (111a) du cyLindre (110) et La face supérieure (120b) du piston (120). 8. Appareil selon Les revendications 1, 2 et 6, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE Le susdit dispositif à commande manuelLe (140) est constitué par une vanne à trois voies permettant: - dans une premiere position (flèche A), de mettre en communication le réseau de distribution d'eau (D) avec l'intérieur de la chambre de travail (111) et assurer L'admission sous pression de l'eau dans cette dernière, - et dans une deuxième position (flèche R), de mettre en communication La chambre de travail (111) avec L'extérieur et assurer le refoulement du Liquide vers l'extérieur de la chambre (111). 9. AppareiL seLon Les revendications 1 et 5, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE Le cylindre 110 est constitue par l'assemblage de deux demicyLindres 110a et 110b obtenu a mi hauteur par un dispositif de verrouiLlage par écrou 113, de manière à emprisonner entre eux Le bord externe périphérique de La membrane 130 afin d'assurer L'assujettissement de cette dernière audit cyLindre.. 10. AppareiL selon Les revendications 1 à 9 prises ensemble, CARACTERISE PAR LE FAIT QUE L'extrémité inférieure (112a) de La chambre de guidage (112) est adaptée pour recevoir un dispositif presse-fruits (200) constitué par une grille (210) maintenue dans un boL (220) préformé à son extrémité haute pour cooperer de manière amovible avec L'extrémité basse (112a) de La chambre de guidage (112) et à son extrémité basse d'un étranglement ouvert (220a) pour retenir la susdite griLLe et pour assurer l'écouLement du jus d'un fruit Logé dans le bol (220) et pressé contre la 3C grilLe (210) par le piston (120) descendant dans le cylindre (110).