Brevet FR3069029A1 — publié le 20190118

-1-- La présente invention concerne un moteur hydropneumatique. Ce moteur permet de récupérer sur une sortie d'arbre, une puissance mécanique engendrée par l'action de l'air comprimé sur de l'eau. Il existe des dispositifs en forme de > qui sont obligés de fonctionner dans de hautes tours remplies d'eau. Ils nécessitent l'emploi de deux roues, l'une en position haute et l'autre en position basse pour assurer la continuité de la chaîne. Ces machines n'utilisent que la poussée ascendante d'Archimède. Elles n'ont pas accès à l'effet gravitationnel descendant et du bénéfice de l'effet levier par l'augmentation du diamètre du rotor d'une roue unique. Dans la > , l'eàü est présenté dânâ la tôtânté de la tout, il n'y à paâ de possibilité d'accès par des trappes de visites sans vidanger totalement la tour en cas de panne ou pour la maintenance. Les godets de la >, même de forme arrondie, présentent des zones de friction qui ralentissent la rotation. Ils peuvent engendrer un phénomène de cavitation quand la vitesse s'élève. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces 20 inconvénients. Les dessins annexés illustrent l'invention. Une cuve(1) remplie d'eau, (Zone 0° à 215°)entoure partiellement un rotor(2) constitué d'alvéoles étanches entre elles et aussi par rapport à la cuve(1): Figures N°1, N°2, N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°8, N°9, N°11, N°13, N°14, N°15. 25 Elles se situent aux extrémités du rotor(2), par paires, elles sont diamétralement opposées. Dans cette présentation, elles sont au nombre de huit. On peut en disposer plus ou moins selon la puissance et/ou la vitesse de rotation souhaitée. Les huit alvéoles(3) sont délimitées par une structure 30 métallique(50), reCouvert de pàtôis lés tendant étânChèS léà une par rapport aux autres. Une paroi périphérique(56), de forme cylindrique, entoure la structure(50) du rotor(2). Elle sera réalisée en acier inoxydable finement polie ou autre matériaux similaireS Pour ameliOrer le glissement avec le contact du 35 joint(36). Une roue ou une poulie(5) pouvant être lisse crantée ou dentée, récupère l'énergie mécanique et la transmet par -2- courroie, chaîne ou engrenage à l'utilisation finale: (alternateur, compresseur..). Figure N°4, N°9 N°15. Partiellement percé en son milieu(7) et à l'intérieur 5 vers l'alvéole(8) en position basse et l'alvéole(9) en position haute:les Orifices (51), (52), (53), un axe fixe(6) repose sur détik âtippôt'tâ (10)ét (11), placés de Châqüe côtés de là machine. Pour la facilité de la description dans les figures N°3, N°5, W6, W7, WEI, W12 , le petit orifice bas(53), (53a), (53b) et id le gros orifice(52),(52a), (52b) sont représenté comme un seul passage de l'air comprime, La Figure N°4 représente en coupe la disposition en ligne de ces deux. Orifices >>, Des, vis de. blocage(49) le maintiennent fixement. Figures. N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°9 N°15. 15 Entre axe mobile(4) et axe fixe(6), deux roulements à billes 20 coniques(12) et (13), pour assurer un bon centrage et résister aux contraintes mécaniques latérales. Ils sont maintenus en position par la cale(47) à gauche et la cale(48) à droite. Figures N°4 et N°9. Un joint central(14) assure l'étanchéité air/eau vers les alvéoles(3). Figures N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°8, N°10, N°12. Un ou plusieurs crans de blocage(15) selon l'importance du diamètre du moteur empêchent la rotation indésirée du joint central(14), Figures N°3, N°4, N°6, N°7, N°10, N°15. La zone de contact(16) est chromée et rectifiée au micron pour garantir un glissement optimum sur la zone de contact(16) entre axe du rotor(4) et du joint central(14). 30 Figures N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°8. Dans ChaqUé aIV-éôlea(3), Une tüSiète(17) aChehiné comprimé. Un clapet anti-retour(18) bloque l'air ou l'eau dans l'alvéole(3). Figures N°3, W4, N°5, W6, W7, W8, W12. Un déflecteur(19) créer une zone de turbulence à 35 l'expulsion de l'eau et oriente l'air dans le fond de l'alvéole(8). Figures N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°8. Une trappe(20) commandée de vidange ou de remplissage, -3- rendUe etanOhe Par UP joint périphérique(2l) et une Portée de joint(22) Le déverrouillage et le reverrouillage de la trappe(20) est obtenu par l'ensemble: anneau d' accrochage(41), le crochet biseauté(23), le ressort de maintien(31). de la trappe(20), 5 le vérin simple effet(24) avec- son ressort de rappel interne(25) le commutateur de commande(26) du vérin(24) et son échappement(27), le limiteur de pression réglable(28), la tringlerie de commande(29) du commutateur(26), la lumière(30) de retardement de fermeture du commutateur(26), l'axe de pivot du 10 crochet(33). Entre le point fixe de l'axe du pivot(33) et le crochet biseauté(23) mobile sur les petites lumières(35) de débattement, le ressort de maintien(31) de la trappe(20). Figure N°3, N°4, N°5, N°6, N°7, N°8. Montée sur un châssis mobile(40), coulissant sur des 15 rails courbes(38), parallèles à l'arc du rotor(2), déplacée en translation par une tige de type > utilisée dans l'industrie aéronautique. Elle permet une transmission rapide de la commande du déplacement de la roue basse(37)et empêche la 30 déperdition d'air comprimé dans la phase de vidange. Figure N°9, N°11. Les dessins annexées illustrent l'invention. La figure N°1 représente le principe de fonctionnement du moteur. La figure N°2 représente la possibilité d'augmenter la puissante du moteur en augmentant Le diamètre du tôtôt. Lâ fl-giité N°3 tépféSéhté én dôùpé lé diSpôSitif dé l'invention -7- La figure N°4 représente en coupe le dispositif de l'invention. La figure N°5 représente en coupe l'alvéole(8) en position basse de départ 00 à 35° en l'absence d'air comprimé. La figure N°6 représente en coupe le fonctionnement de 5 l'alvéole(8) à l'arrivée de l'air comprimé. La figure N°7 représente en coupe l'alvéole(9 opposée en position haute 180°/215°. La figure N°8 représente en coupe l'alvéole(8)en position basse quand elle est remplie d'air au démarrage de la 10 rotation. La figure N° 9 représente en perspective divers éléments dü hOtétir. La figure N610 représente en perspective le joint central(14) du moteur. 15 La figure N°11 représente en coupe le dispositif de réglage de la fermeture de la trappe(20). La figure N°12 représente en coupe le positionnement des orifices d'arrivée d'air comprimé par rapport à la position du rotor après le démarrage de la rotation. 20 La figure N°13 représente en coupe longitudinale la forme du joint de cuve(36). La figure N°14 représente en coupe de la forme du joint de cuve (36). La figure N°15 représente en vue de face la disposition de 25 la partie mobile de la cuve(la), les trappes de visites(44) et les éléments extérieur: compresseur, alternateur. La figure N°14 représente en coupe de la forme du joint de cuve (36) La figure N°15 représente en vue de face la disposition de 30 la partie mobile de la cuve(la), les trappes de visites(44) et les éléments extérieurs: compresseur, alternateur. La figure N°16 représente l'outillage d'extraction du joint central(14). REALISATION DU MOTEUR: 35 Dans la forme de réalisation selon la figure N°3, la cuve(1), -8- en fonction de la quantité d'eau nécessaire devra être réalisée en tôle d'épaisseur adéquate sur une structure métallique extérieure et fixée solidement au sol. Pour éviter l'oxydation, les tôles seront en acier acier 5 galvanisé ou en acier inoxydable. Une partie basculante(la) ou démontable figure(15) dans la zone haute 00 à 215° permettra au rotor d' être installé sur ses deux supports (10) et (11). Le rotor(2) sera confectionné autour d'une structure(50) en acier inoxydable ou galvanisée. Toutes les 10 cloisons latérales(55), les cloisons des alvéoles et les trappes de visites(44) en tôles d'acier inoxydable ou galvanisé. Il faudra apporter un soin particulier aux soudures de riaiSOn dé la COU-rohhé périphériqUé(56), Celle-Ci eltraht en contact avec le joint d'étanchéité cuve/rotor(36), un 15 meulage et un polissage très fin sera nécessaire pour assurer un glissement optimum. L'axe de rotor(4), l'axe fixe(6), la poulie(5) de récupération de la Puissance mécanique seront confectionnées en acier de construction mécanique. La zone de contact(16) entre joint central(14) et 20 le rotor(4) sera chromée et rectifiée au micron pour améliorer le glissement. Le joint central(14) sera fabriqué dans du polyurétane, du polytétrafluorètylène (PTFE) ou autres matériaux présentant une bonne résistance à l'abrasion. Un ou plusieurs crans de blocage(15) empêcheront la rotation 25 indésirable du joint central. Les clapets antiretour (18) et (32), sont destinés à interdire l'entrée de l'eau dans les composants pneumatiques. Le vérin(24), le commutateur(26), le limiteur de pression(28) peuvent être des composants standards fournis par l'industrie pneumatique ou le freinage 30 des véhicules industriels, ils doivent fonctionner dans un milieu aqueux. Le joint cuve/rotor(36) sera confectionné dans les mêmes matériaux que le joint central(14) Des lèvres(61) amélioreront l'étanchéité et diminueront le coefficient de friction préjudiciable au rendement énergétique. 35 Compte tenu de la grande circonférence , il sera nécessaire de pbsitibri-hér des rénforts(62). Lê joint dë tuvë dé rotor(36) s'il hé pétik pâà êttê filohOlithiqüe, en fohâtion de là -9- dimension du moteur sera confectionné avec des liaison de type « queue d' aronde(63) >> au plus près de la zone de contact de la couronne périphérique(56) pour éviter le retournement du joint. Les roulements(12) et (13) seront 5 de types à billes coniques pour garantir le meilleur centrage et résister aux contraintes mécaniques. Le moteur sera placé dans un bac de rétention pour récupérer l'eau en cas de fuite et répondre au normes de sécurité. Du mono éthylène glycol(antigel) mélangé à l'eau 10 pour la protection hivernal REMPLACEMENT DU JOINT.CENTRAL(14) La durée dé fonctionnement du joint.central(14) en se référent aük jôihtS tôU tUtilîé dàhâ réS itlâténélà de travaux publiques ont une durée de vie de 12000 à 15 15000 heures. Le montage du joint effectué légèrement serré, le remplacement du joint se fera par extraction. Dans la forme de réalisation selon la figure N°16, un outil d'extraction composé d'une pièce en acier constituant le corps de l'extracteur(71), prenant appui sur le logement 20 du roulement(74), deux tiges filetées(70) se vissant dans les écrous noyés(69) dans le joint central(14), traversant le corps de l'extracteur(71), deux écrous(73), prenant appui sur deux rondelle(72) en acier. En vissant les écrous, les tiges filetées(70) exerceront une traction sur le joint 25 central(14) qui sortira de son logement. En fonction du diamètre du moteur, le joint central(14) devra posséder deux, trois, ou plus d'écrous noyés(69) et l'extracteur, les tiges filetés(70) correspondantes. Le dispositif selon l'invention, avec un ratio 30 puissance d'air comprimé introduite sur puissance mécanique recueillie très élevée, sa rotation régulière est particulièrement destiné à entraîner un alternateur de 220/380 volts avec une fréquence de 50 hertz. En le réglant sur une rotation de 50 tours minutes (60 pour les USA) ou 35 multiple de 50 pour les moteurs de petits diamètres. Il apportera un avantage très important par rapport aux éOliétinee ôtà âUX 15-àhtéàü àôiâitêà qüi Sôht Obligé dë -10-- fonctionner dans des sites prédisposés: zones ventées ou toitures d'immeubles. Il s'affranchira de l'utilisation de coûteux onduleurs. En produisant de l'électricité au plus près des utilisateurs finaux, pouvant être mis à l'abri des 5 tempêtes, évitant les lignes aériennes fragiles, onéreuses et énergivores (la puissance dissipée dans le transport du courant électrique est de l'ordre de 10%). Comme toute machine tournante, il produira un peu de nuisance sonore. Ne demandant pas de refroidissement particulier, il peu 10 facilement être isolé phonétiquement. L'entraînement de compresseur d'air, de compresseur réfrigérant, REVENDICATIONS1)Dispositif pour récupérer une puissance mécanique amplifiée par l'action de l'air comprimé sur de l'eau, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor(2) positionné dans une cuve(1) remplie d'eau du coté gauche > et à l'air libre du coté droit > . Le rotor(2) est composé de huit alvéoles(3) étanches entre elles et avec l'extérieur. L'alvéole en position basse s'appelle alvéole(8), l'alvéole en position haute s'appelle alvéole(9). L'alvéole(8) se trouvant dans la position basse; de l'air comprimé introduit par la tuyère(17) en expulse l'eau via la trappe(20) ouverte et refermée rapidement, rendant plus léger le coté gauche du rotor. L'alvéole haute(9), diamétralement opposée se remplit naturellement d'eau qui prend la place de l'air toujours via sa trappe(20), rendant plus lourd le coté droit du rotor(2) La conjonction de la poussée d'Archimède vers le haut dans l'alvéole base(8) et l'effet gravitationnel dans l'alvéole haute(9) vers le bas engendre la rotation du rotor(2). L'augmentation du diamètre du rotor par l'effet levier renforcera la puissance du moteur proportionnellement à ce diamètre pour la même puissance initiale d'air comprimé introduite. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la distribution de l'air comprimé à partir du compresseur(45) s'effectue via le percement(7) dans l'axe fixe(6), dans l'alvéole(8) en position basse > par les orifices (53) 25 dans l'axe fixe(6), (53a) dans le joint-central(14), (53b) dans l'axe du rotor(4). A l'opposé des petits orifices (53), (53a), (53b), en direction de l'alvéole haute(9) > se trouvent les petits orifices(51) dans l'axe fixe(6), (51a) dans le joint-central(14), (51b) dans dans l'axe du rotor(4). 30 Par le grand orifice(52) dans l'axe fixe(6), (52a) dans le joint-central(14), (53b) dans l'axe du rotor(4). Les petits orifices (51), (51a), (51b) et (53), (53a), (53b) sont destinés à distribuer l'air comprimé simultanément dans les dispositifs d'ouverture des 35 trappes(20) en position basse et haute. Les grands orifices (52) -12-- dans l'axe fixe(6), (52a) dans le joint-central(14), (52b) dans l'axe du rotor(4), laisse libre le passage de l'air comprimé par l'expulsion de l'eau dans l'alvéole basse(8). La rotation du rotor masquera tous les orifices (51a), (52a), (53a) sur le 5 joint-central(14), stoppant l'envoie d'air comprimé dans les alvéoles(8) et (9). Ce dispositif autorise l'augmentation du diamètre du rotor donc la puissance récupérée avec l'effet levier pour la même quantité d'air comprimé introduite ainsi que la répétition du phénomène à chaque passage des alvéoles(8) et (9) 10 devant les orifices d'air comprimé. 3)Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le déverrouillage et le reverrouillage des trappes(20) en position basse comme en position haute haute sont réalisés avec les clapets anti-retour(32) les 15 limiteurs de pression(28), les commutateurs(26) et leur échappements (27), les vérins d'ouverture (24). Les commutateurs(26) en position NO (normalement ouvert) dirigent simultanément l'air comprimé dans les deux vérins(24) qui font pivoter les deux crochets 20 biseautés(23), libérant les deux trappes(20). Les tiges des vérins(24) en fin de course, par le prolongement des crochets biseautés(57), ayant parcouru la distance des deux. lumières de retardement(30), font basculer les deux commutateurs(26) en position NF (normalement fermé). Les deux vérins ne sont plus alimentés en air comprimé, sous l'action des ressorts de rappel(25), les tiges de vérins reviennent à leurs positions initiales pendant que le rotor(2) tourne. Les deux trappes(20) rencontrent la roue basse(37) et haute (37) et (42) et se referment. Les deux anneaux d'accrochage(41) vont retrouver leurs crochets biseautés respectifs. En fin de course, les tiges des vérins(24) remettent en position de fermeture les crochets biseautés. Les prolongements des crochets(57) ont parcouru en sens inverse la distance des lumières de retardement(30) et repositionnent les deux commutateurs en position NO (normalement ouvert) pour une nouvelle séquence d'ouverture. Les ressorts(31) entre les points fixes des axes des tiges des vérins et les crochets biseautés(23) qui se déplacent sur sur les petites lumières de débattement(35) garantissent le -13- bon accrochage des trappes(20) 4)Dispositif selon la revendication 2 et 3 caractérisé en ce que la fermeture des trappes(20) est obtenue par la roue basse(37) en position basse > et en position haute 5 par la roue haute(42) > sur lesquelles viennent s'appuyer les trappes(20) quand le rotor(2) commence sa rotation. En position haute il y a transfert de l'air contenue dans l'alvéole(9) avec l'eau de la cuve, il n'est pas utile de prévoir un réglage de déplacement de la roue. La roue basse(37), montée sur 10 un support coulissant sur deux rails(38) dont la courbure correspond à l'arc du rotor, est commandée dans son déplacement latéral par la tige(39) qui est une vis à rouleaux satellites de type > qui transforme le mouvement rotatif du moteur pas à pas(60) en déplacement latéral. Elle traverse la cuve(1) dans 15 un presse-étoupe(43). Le moteur pas à pas(60) est commandé par un calculateur tachymétrique(59), informé de la vitesse de rotation du rotor par le capteur à effet HALL(58). Le déplacement très rapide de la roue basse(37) en refermant la trappe(20) avant que l'air ne s'échappe dans la cuve optimise le rendement du moteur . 20 La roue basse(37) de fermeture est donc approchée ou éloignée de la trappe(20) en fonction de la vitesse de rotation. Le déflecteur(19) en dirigeant l'air comprimé vers le fond de l'alvéole(8) contribue à empêcher l'air de s'échapper tout en créant une turbulence de l'eau qui favorise la rotation. 25 5) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le joint périphérique(36) assure entre cuve(1) et rotor(2) une étanchéité parfaite. Il épouse la forme autour du rotor(2) dans la Zone > sa conception détermine le principe même du moteur en séparant l'eau de l'air, il en autorise le fonctionnement 30 par le transfert de l'eau dans la position basse remplacée par l'air comprimé: principe d'Archimède. Et le remplacement de l'air par l'eau dans la position haute (effet gravitationnel). 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'augmentation du diamètre du rotor va augmenter la puissance du moteur par effet levier proportionnellement à l'augmentation de ce diamètre pour la même puissance d'air comprimé introduite dans l'alvéole basse(8). La cuve(1) sera construite en fonction des -14- dimensions du rotor. 7} Dispositif selon la revendication(l)caractérisé en ce que les flancs du moteur sont pourvues de trappes de visite(44) permettent l'accès aux alvéoles(3) pour la maintenance 5 sans avoir à vidanger la cuve(1).