Brevet FR2844308A1 — publié le 20040312

La présente invention concerne un moteur alimenté par un fluide sous pression. On connaît de tels moteurs. Un premier type de ces moteurs que l'on peut citer est 5 la turbine. Les turbines fonctionnent grâce à de l'air comprimé dans le cas d'applications telles que les machines à fraiser des dentistes, grâce à des gaz produits de combustion dans le cas d'applications telles que les turboréacteurs d'avions, grâce à de la 10 vapeur d'eau dans le cas d'applications telles que les turboalternateurs d'installations de production d'électricité à énergie nucléaire ou encore grâce à de l'eau dans le cas d'applications telles que les turbines d'installations de production d'électricité à 15 énergie hydraulique. Dans toutes ces turbines, l'énergie potentielle du fluide est convertie en vitesse des particules composant ce fluide avant qu'il n'entre proprement dit dans la turbine et c'est la vitesse des particules qui 20 est utilisée pour exercer des forces de pression sur les aubages de la roue de turbine afin de l'entraîner en rotation. L'énergie mécanique créée par ces forces de pression est transmise à l'extérieur de la turbine grâce à l'arbre sur lequel sont fixés les aubages. Ce type de moteur présente des inconvénients. D'une part, les turbines nécessitent des vitesses de fluide relativement élevées pour pouvoir fonctionner avec un rendement intéressant. Elles nécessitent, par conséquent, des pressions d'alimentation élevées, ou plutôt des différences de pression élevées entre leur 5 entrée et leur sortie, permettant aux particules fluides d'atteindre une vitesse suffisante lors de la transformation de l'énergie potentielle du fluide en énergie cinétique. D'autre part, lorsque les turbines fonctionnent avec 10 des rendements intéressants, les vitesses de rotation de leurs arbres de sortie sont très élevées et il est, par conséquent, très souvent nécessaire d'intercaler un réducteur entre ceux-ci et les charges qu'ils entraînent. L'ajout de ce réducteur, par les efforts de 15 frottement supplémentaires qu'il induit, est de nature à nuire au rendement global de l'installation constituée de la turbine et du réducteur. Un deuxième type de moteur que l'on peut citer comprend les dispositifs présentant une enceinte munie d'une 20 paroi mobile ou déformable. Ces moteurs fonctionnent suivant une succession de plusieurs temps. Un premier temps correspond à une augmentation du volume de l'enceinte par déplacement de la paroi mobile ou par déformation de la paroi déformable du fait de la 25 différence de pression entre le fluide d'alimentation et l'extérieur de l'enceinte. Un deuxième temps correspond à une diminution du volume de l'enceinte la paroi mobile ou la paroi déformable étant entraînée par des efforts de rappel ou d'inertie de la charge entraînée. Pendant ce deuxième temps, l'égalité des pressions de part et d'autre de la paroi est assurée par une ouverture de l'enceinte. Bien qu'il permette de fonctionner avec de faibles 5 pressions de fluide d'alimentation, ce type de moteur présente des inconvénients. Les parois mobiles doivent nécessairement être munies de moyens d'étanchéité. Ces moyens engendrent des frottements affectant le rendement. De même, les parois déformables sont de 10 nature à diminuer le rendement car elles absorbent une partie de l'énergie du fluide nécessaire à leur déformation. Le but de l'invention est de réaliser un moteur permettant de pallier les inconvénients précités. En 15 particulier, l'invention propose de réaliser un moteur permettant d'exploiter de faibles pressions de fluide d'alimentation, et présentant un bon rendement pour les bas régimes de fonctionnement. Le moteur alimenté par un fluide sous pression est 20 caractérisé en ce qu'il comprend une buse d'injection de ce premier fluide dans un second fluide de masse volumique supérieure à celle du premier et au moins un auget mobile dans le second fluide, recueillant le premier fluide et permettant de transmettre à 25 l'extérieur du moteur l'énergie mécanique de la poussée d'Archimède à laquelle est soumis le premier fluide. Le premier fluide peut être un gaz ou un mélange de gaz et peut, en particulier, être de l'air. Le deuxième fluide peut être un liquide et peut, en particulier, être de l'eau. Le moteur peut comprendre plusieurs augets liés à une courroie reliant deux roues, l'une des deux roues étant solidaire d'un arbre de sortie du moteur permettant de transmettre à l'extérieur, l'énergie mécanique délivrée par le moteur. Le moteur peut encore comprendre un auget mobile en translation selon la direction du champ de gravitation et comprenant des moyens d'évacuation du premier fluide qu'il contient lorsqu'il arrive en fin de course haute et des moyens de commande de la buse, l'ouvrant lorsque 15 l'auget se dirige vers sa fin de course haute et la fermant lorsqu'il se dirige vers sa fin de course basse. Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, deux modes de réalisation du moteur selon l'invention. La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation du moteur selon l'invention. La figure 2 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation du moteur selon l'invention. Le moteur 1, représenté à la figure 1, comprend un bac 25 2 retenant de l'eau 3, une buse 4 traversant la paroi inférieure 5 de ce bac 2 afin de permettre d'injecter de l'air 6 dans l'eau 3. L'air 6 est stocké sous pression dans un réservoir ou est produit en continu par des moyens connus. L'air doit être injecté sous une 5 pression au moins supérieure à la pression de l'eau au fond du bac 2. Le débit d'air comprimé est représenté par la flèche Q. Au fond du bac 2, une roue 7 est montée en liaison pivot avec celui-ci autour d'un axe horizontal 8. A la 10 hauteur du niveau de l'eau, une deuxième roue 9 est, elle aussi, montée en liaison pivot autour d'un axe horizontal 10 parallèle à l'axe 8. Ces deux roues 7 et 9 sont liées en rotation par une courroie 11 sur laquelle sont fixés sept augets 12a à 12g répartis de 15 manière régulière et ayant des formes d'ogives creuses. Les augets 12a à 12b peuvent se déplacer librement dans l'eau suivant une boucle présentant deux segments rectilignes et verticaux. La buse 4 d'injection d'air comprimé dans l'eau est 20 située à la verticale des augets présentant leur ogive orientée vers le haut. L'air injecté au fond du bac 2 forme des bulles 13 dans l'eau. Du fait, de la différence de masse volumique entre l'air et l'eau, ces bulles 13 sont soumises à la poussée d'Archimède et 25 remontent vers la surface. Au cours de leur remontée, les bulles d'air se trouvent emprisonnées par les augets 12. L'air ainsi emprisonné dans les augets transmet la poussée d'Archimède à laquelle il est soumis à l'auget qui le contient. Ces efforts, représentés par les flèches Fl, F2 et F3, sont repris par la courroie 11 et provoquent, du fait que les augets présents sur l'autre brin de la courroie 11 ne 5 sont soumis à aucune force autre que leurs poids, la rotation des roues 7 et 9 autour de leurs axes respectifs. La roue 9 est solidaire d'un arbre non représenté constituant l'arbre de sortie du moteur 1. Une fois que l'auget 12a est venu se placer sous 10 l'auget 12b, l'air n'est plus reçu par l'auget 12b mais par l'auget 12a. L'auget 12b continue tout de même de subir la poussée d'Archimède. Il la subit même de plus en plus au fur et à mesure qu'il remonte vers la surface, le volume de l'air qu'il contient augmentant 15 du fait de sa détente. Un autre mode de réalisation du moteur selon l'invention est représenté à la figure 2. Il diffère du mode précédemment décrit en ce qu'il comprend un seul auget 22 mobile en translation suivant une direction 20 verticale. L'auget est en liaison glissière avec un rail 21 immergé dans l'eau et solidaire du bac 2 contenant l'eau. L'auget présente dans sa partie supérieure une soupape non représentée. Des moyens permettent de maintenir cette soupape fermée 25 lorsque l'auget est en mouvement vers la surface de l'eau afin que celui-ci puisse contenir l'air et permettent d'ouvrir cette soupape lorsque l'auget arrive en fin de course haute afin que celui-ci puisse se vider de l'air qu'il contient et de redescendre ainsi au fond de l'eau. D'autres moyens permettent d'ouvrir et fermer la buse 4 afin d'alimenter séquentiellement l'auget en air comprimé. En effet, 5 l'auget doit être rempli d'air au moment o il se trouve au fond de l'eau, l'alimentation devant être stoppée dès que celui-ci contient assez d'air pour remonter à la vitesse désirée. Le mouvement de sortie du moteur est, dans ce mode de 10 réalisation, le mouvement de l'auget, c'est-à-dire un mouvement alternatif de translation verticale. Dans les deux modes de réalisation décrits, afin de minimiser l'énergie nécessaire au fonctionnement du moteur, on ajuste la pression d'alimentation de celui15 ci de manière à ce qu'elle soit juste supérieure à la pression régnant au fond de l'eau. Les forces de frottement des augets dans l'eau étant sensiblement proportionnelles à la valeur de leur vitesse élevée au carré, un tel moteur présente un bon 20 rendement pour de faibles régimes de fonctionnement. Le régime de fonctionnement du moteur selon l'invention est réglé grâce à une vanne non représentée permettant de régler le débit d'alimentation en air comprimé. Le moteur selon les deux modes de réalisation décrits 25 fonctionnent avec de l'eau et de l'air, cependant, on peut utiliser d'autres fluides, l'essentiel étant que le fluide dans lequel baignent les augets présente (dans les conditions de température et de pression d'utilisation du moteur) une masse volumique supérieure au fluide d'alimentation du moteur. Revendications 1. Moteur (1; 1') alimenté par un fluide (6) sous pression, caractérisé en ce qu'il comprend une buse d'injection (4) de ce premier fluide dans un second 5 fluide (3) de masse volumique supérieure à celle du premier et au moins un auget mobile (12a à 12g; 22) dans le second fluide (3), recueillant le premier fluide (6) et permettant de transmettre à l'extérieur du moteur (1; 1') l'énergie mécanique 10 de la poussée d'Archimède à laquelle est soumis le premier fluide (6). 2. Moteur (1; 1') selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier fluide (3) est un gaz ou un mélange de gaz. 3. Moteur (1; 1') selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier fluide (3) est de l'air. 4. Moteur (1; 1') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième 20 fluide (6) est un liquide. 5. Moteur (1; 1') selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième fluide (6) est de l'eau. 6. Moteur (1) selon l'une des revendications 25 précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs augets (12a à 12g) liés à une courroie (11) reliant deux roues (7, 9), l'une des deux roues étant solidaire d'un arbre de sortie du moteur permettant de transmettre à l'extérieur l'énergie mécanique délivrée par le moteur. 7. Moteur (1') selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un auget mobile (22) en translation selon la direction du champ de gravitation et comprenant des moyens d'évacuation 10 du premier fluide qu'il contient lorsqu'il arrive en fin de course haute et des moyens de commande de la buse, l'ouvrant lorsque l'auget se dirige vers sa fin de course haute et la fermant lorsqu'il se dirige vers sa fin de course basse.