Brevet FR2957123A1 — publié le 20110909

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention est une machine rotative polyvalente permettant de convertir en énergie mécanique les flux naturels éoliens et/ou hydrauliques, elle accepte aussi une alimentation en vapeur vive (chauffe solaire ou géothermie naturelle). Des aménagements spécifiques mineurs permettent de l'utiliser de façon réversible en pompe ou en compresseur, et aussi en moteur à combustion interne. La présente invention s'inscrit dans la famille des turbines et elle est appelée « Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique ». GENESE, RACINES ET BIBLIOGRAPHIE Cette nouvelle invention puise ses racines dans les travaux indissociables réalisés collégialement par Yves SAUJET auteur du concept de la machine volumétrique à cônes elliptiques roulants, laquelle machine est concrétisée par un brevet Canadien N° WO2008019506 et Pascal HA PHAM auteur du concept de la machine volumétrique à piston annulaire muni de trois lobes dans laquelle le piston tourne/glisse rigoureusement entre un noyau fixe central et une chambre fixe extérieure, cette dernière machine ayant été concrétisée par 3 brevets Français évolutifs : N°04 07600, 07 05990 et 07 06157. Plus récemment - le 24 11 2009 - Yves Sauget et Pascal HA PHAM ont déposé conjointement le brevet Français N° 09 5620 concernant une machine à piston fraisoîdal muni d'un engrenage spécifique intégré dans l'épaisseur de son pourtour. SPECIFICITES INTRINSEQUES DE L'INVENTION Outre son double piston diabolo à engrenages spécifiques issu/extrapolé de la technologie décrite par le brevet Canadien N° WO2008019506, cette nouvelle machine est totalement alimentée - échappement et admission - par son intérieur, comme c'est le cas pour la machine décrite dans le brevet français N° 07 05990, ces deux spécificités intrinsèques libèrent la machine de toute contrainte extérieure et autorisent des options très intéressantes pour la récupération de l'énergie. Par rapport au brevet français N° 07 05990 , lequel ne garanti qu'un seul étage fonctionnel, l'amélioration notable réside dans le maintien de 2 étages fonctionnels qui peuvent aussi être de volumétries différentes. Le double piston diabolo est monté sur 6 roulements à aiguille spécifiques. En synthèse et résumé cette nouvelle invention réunis la plupart des avantages observés dans toutes les machines antérieures citées dans la GENESE. NOMENCLATURE DES PIECES : 4 ELEMENTS PRINCIPAUX LA CHAMBRE EXTERIEURE OU COQUE Elle est constituée de deux parties de forme intérieure sphérique qui s'assemblent pour former un volume étanche au sein duquel évolue le double piston diabolo. Le plan de joint d'assemblage est situé au niveau de l'équateur de la sphère. LE NOYAU OU FRAISOIDE Il est fixé dans la chambre extérieure (ou coque) au niveau de son équateur et possède à cet effet des surfaces externes sphériques épousant parfaitement l'intérieur de la chambre. Il possède également 6 faces coniques (3 de chaque côté) séparées par 6 arrêtes. Le profil optimal des faces coniques (plus grand rapport volumétrique) est défini par les enveloppes du double piston diabolo lors de son mouvement cyclé. Il est aussi possible d'envisager des profils plus faciles à usiner mais les performances de la machine s'en trouveront amoindries. Pour éviter les arrêtes vives et favoriser les roulements plutôt que les frottements, des axes en cônes de révolution de petit diamètre extérieur sont utilisés, leur implantation de situe au niveau de chaque zone d'arrête de la fraisoïde. ; ces petits axes longs sont les aiguilles sur lesquelles roule le diabolo. LE DOUBLE PISTON DIABOLO Il se compose d'un assemblage de 6 parties solidement fixées entre elles. 2 corps de piston munis chacun d'un engrenage à denture interne situé dans l'épaisseur extérieure de leur calotte sphérique respective (le diamètre extérieur des calottes sphériques est identique au diamètre intérieur de la chambre/coque) ; les profils latéraux des 2 corps de pistons sont obtenus par parallélisme et/ou aplatissement du cône elliptique de référence (relatif au trièdre rectangle générique) et selon le paramètre p de la géométrie de référence dont les bases sont déclinées dans le brevet Canadien N° WO2008019506 de Yves SAUGET 4 parties composants la petite sphère interne, laquelle assure la solidarité des deux corps de piston montés tête bêche et assure par sa surface externe le guidage en rotation du double piston diabolo dans le noyau fraisoïdal ; la petite sphère interne ainsi constituée est munie de fenêtres/ouvertures garantissant les échappements et admissions cycliques nécessaires. Les faces internes de la petite sphère sont usinées pour assurer un guidage sur l'arbre creux traversant de la machine. Un axe nord-sud est attribué au diabolo en référence à la coque dans laquelle il évolue (et à son équateur). Cet axe passe par le centre de la petite sphère interne et les centres fictifs des deux engrenages à denture interne situés sur les calottes sphériques externes de chaque corps de piston. L'ARBRE CREUX TRAVERSANT OU ROTOR. L'arbre creux est monobloc, il est prévu pour assurer d'un côté l'admission et de l'autre l'échappement du fluide moteur. A ses deux extrémités opposées, l'arbre creux comporte deux engrenages coniques de révolution, lesquels s'engrènent parfaitement avec les dentures internes organisées dans les calottes sphériques du piston diabolo double corps. au centre de l'arbre creux sont organisés les cloisonnements nécessaires et suffisants pour assurer un bon transfert étanche des volumes variables d'admission et d'échappement en respectant la pérennité du cycle machine, la cinématique imposée et des guidages requis. LES OPTIONS DE FONCTIONNEMENT OPTION ARBRE TOURNANT Dans cette option l'énergie produite par la machine en fonctionnement est récupérée sur l'arbre tournant. L'arbre doit aussi assurer la transmission du fluide vers les admissions et permettre au fluide de s'échapper : deux joints tournants sont alors nécessaires et montés à chacune des extrémités de l'arbre. Pour cette option, l'énergie cinétique des pièces en mouvement lors du fonctionnement de la machine est relativement faible ce qui confère un caractère réactif à l'option. OPTION ARBRE FIXE Dans cette option, c'est la coque externe qui tourne et c'est sur celle-ci qu'est récupérée l'énergie 15 produite par la machine : On peut répartir directement des masses polaires, fixées à l'extérieur au niveau de l'équateur de la coque et on entoure l'ensemble d'une ceinture de bobines électromagnétiques, l'ensemble constitue ainsi un moto générateur autonome. Autre alternative : on peut aussi fixer un engrenage circulaire à l'extérieur de la coque au niveau de 20 son équateur (par exemple pour entraîner une pompe). Dans l'option de fonctionnement en arbre fixe il est a noter que l'ensemble tournant (coque + noyau fraisoïdal + organes de transmissions de puissance fixés sur l'équateur) constitue un important volant moteur pour la machine. 25 GLOSSAIRE, VOCABULAIRE ET ABREVIATIONS Diabolo ou double piston diabolo : C'est l'ensemble générique constitué des deux corps de piston fixé tête bêche sur une petite sphère centrale, chaque corps de piston possède un engrenage primaire à denture interne conique situé au 30 milieu de sa calotte sphérique extérieure. Sphère enveloppe ou chambre ou chambre extérieure ou coque : C'est l'ensemble générique constitué de deux demi coquilles symétriques qui s'assemblent en constituant un intérieur sphérique dans lequel le diabolo se déplace cycliquement. Le plan de joint 35 de l'assemblage est situé au niveau de l'équateur. Noyau ou noyau central ou noyau fraisoïdal ou fraisoïde : Ensemble composés des 6 arrêtes d'un trièdre (3 par côté) et de 6 faces coniques (3 de chaque côté) de jonction entre arrêtes, lesquelles surfaces de jonction entre arrêtes sont dans leur configuration optimale quand elles sont tracées par les enveloppes des deux corps de piston du diabolo lors de son déplacement cyclé. Arbre creux traversant ou rotor ou axe : C'est la pièce qui capte le mouvement et permet une prise de force extérieure à la machine. Cette pièce complexe comporte notamment deux engrenages coniques et de nombreux usinages en son centre pour assurer acheminement et cloisonnement des flux d'admission et d'échappement. Les 2 Joints tournants Ce sont 2 pièces de liaisons entre les canalisations internes/externes montées à chaque extrémité de l'arbre creux : lors de la rotation de la machine, ces joints permettent de garantir une parfaite étanchéité du fluide admis et du fluide échappé via/vers les canalisations fixes positionnées à l'extérieur de la machine (voir aussi brevet français N° 07 05990). 70 figures sont jointes et elles sont ventilées de la façon suivante : 1 vue d'ensemble de l'invention : figure 1 19 vues sur le double piston diabolo : figure 2 à 20 5 représentations de l'arbre creux traversant : figures 21 à 25 11 vues du noyau fraisoïdal : figures 26 à 36 9 vues de la sphère enveloppe ou coque : figures 37 à 45 18 Séquences du fonctionnement de la machine au pas à pas : figures 46 à 63 30 7 Différentes vues complémentaires : 64 à 70 35 REVENDICATIONS1) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique caractérisée par un arrangement de deux corps de piston fixés sur une petite sphère interne, le tout formant ainsi un diabolo mobile, chacun des deux corps de piston possède une géométrie en forme de cône elliptique et dispose d'un engrenage à denture interne dans la partie supérieure de sa calotte sphérique extérieure, ce diabolo mobile fonctionne comme suit : - il tourne - glisse parfaitement entre l'intérieur d'une sphère enveloppe ou coque et les génératrices d'un noyau central interne en forme de fraisoïde solidaire de la coque. - l'axe nord sud du diabolo décrit un mouvement en cône elliptique dont le point de centre est aussi celui de sphères interne et externe. - les admissions et échappements du fluide moteur sont assurés par des fenêtres disposées dans les parois de la petite sphère interne. - un arbre creux traversant monobloc assure plusieurs fonctionnalités : la prise de force externe de la 15 machine, le prolongement de l'admission du fluide d'un côté , le prolongement de l'échappement de l'autre et le guidage de la face interne de la petite sphère.. 2) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon la revendication 1 caractérisée par la sphère enveloppe ou coque qui est constituée 20 de deux parties de forme intérieure sphérique qui s'assemblent pour former un volume étanche au sein duquel évolue le double piston diabolo 3) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisée par le noyau central interne 25 en forme de fraisoïde fixé dans la coque, lequel noyau central possède à cet effet des surfaces externes sphériques épousant parfaitement l'intérieur de la chambre, il possède également 6 faces coniques (3 de chaque côté) séparées par 6 arrêtes ; le profil optimal des faces coniques (plus grand rapport volumétrique) est défini par les enveloppes du double piston diabolo lors de son mouvement cyclé ; il est aussi possible d'envisager des profils plus faciles à usiner mais les 30 performances de la machine s'en trouvent amoindries ; pour éviter les arrêtes vives et favoriser les roulements plutôt que les frottements, des axes en cônes de révolution de petit diamètre extérieur sont utilisés, leur implantation de situe au niveau de chaque zone d'arrête de la fraisoïde. ; ces petits axes longs sont les aiguilles sur lesquelles roule le diabolo. 4) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et 35 muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée par le diabolo mobile qui est composé d'un assemblage de 6 parties solidement fixées entre elles. - 2 corps de piston munis chacun d'un engrenage à denture interne situé dans l'épaisseurextérieure de leur calotte sphérique respective (le diamètre extérieur des calottes sphériques est identique au diamètre intérieur de la chambre/coque) ; les profils latéraux des 2 corps de pistons sont obtenus par parallélisme et/ou aplatissement du cône elliptique de référence (relatif au trièdre rectangle générique) et selon le paramètre p de la géométrie de référence dont les bases sont déclinées dans le brevet Canadien N° WO2008019506 de Yves SAUGET 4 parties composants la petite sphère interne, laquelle assure la solidarité des deux corps de piston montés tête bêche et assure par sa surface externe le guidage en rotation du double piston diabolo dans le noyau fraisoïdal ; la petite sphère interne ainsi constituée est munie de fenêtres/ouvertures garantissant les échappements et admissions cycliques nécessaires. - Les faces internes de la petite sphère sont usinées pour assurer un guidage sur l'arbre creux traversant de la machine 5) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée par l'arbre creux traversant monobloc prévu pour assurer d'un côté l'admission et de l'autre l'échappement du fluide moteur ; à ses deux extrémités opposées, l'arbre creux comporte deux engrenages coniques de révolution, lesquels s'engrènent parfaitement avec les dentures internes organisées dans les calottes sphériques du piston diabolo double corps ; au centre de l'arbre creux sont organisés les cloisonnements nécessaires pour assurer le bon transfert étanche des volumes variables d'admission et échappement en respectant la pérennité du cycle machine, la cinématique imposée et des guidages requis. 6) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée par le montage d'un joint tournant à chaque extrémité de l'arbre creux : lors de la rotation de la machine, ces joints permettent de garantir une parfaite étanchéité du fluide admis et du fluide échappé via/vers les canalisations fixes positionnées à l'extérieur de la machine. 7) Turbine à double étage et double piston en forme de cône elliptique disposés en diabolo et muni chacun d'un engrenage à denture interne intégré dans la partie supérieure de leur calotte sphérique selon une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée par une option de fonctionnement en arbre fixe : c'est la coque externe qui tourne et c'est sur celle-ci qu'est récupérée l'énergie produite par la machine ; pour se faire on répartit directement des masses polaires, fixées à l'extérieur ; au niveau de l'équateur de la coque et on entoure l'ensemble d'une ceinture de bobines électromagnétique, l'ensemble constitue ainsi un moto générateur autonome ; une autre alternative consiste à fixer un engrenage circulaire à l'extérieur de la coque, au niveau de son équateur (par exemple pour entraîner une pompe) ; l'ensemble tournant (coque + noyau fraisoïdal + organes de transmissions de puissance fixés sur l'équateur) constitue alors un important volant moteur pour la machine.