CH654877A5 - ROTARY MOTOR WITH SUCCESSIVE VAPORIZATION AND CONDENSATION OF A FLUID. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un moteur rotatif à fluide, comportant un ensemble d'équipages solidaires en rotation et formé chacun de deux modules rigides à volume constant, diamétralement opposés et contenant un fluide qui se vaporise et se condense successivement suivant que le module est soumis à l'effet de la source chaude ou à celui de la source froide. The present invention relates to a rotary fluid motor, comprising a set of rotational integral crews each formed by two rigid modules with constant volume, diametrically opposed and containing a fluid which vaporizes and condenses successively depending on whether the module is subjected to the effect of the hot spring or that of the cold source.
L'invention est notamment relative à un moulin solaire convertissant l'énergie thermodynamique en énergie mécanique et électrique par l'intermédiaire d'un fluide thermodynamique en équilibre constant (vapeur liquide) et en circuit bouclé, et d'un second fluide (eau, huile, etc.) ou un organe basculeur. The invention relates in particular to a solar mill converting thermodynamic energy into mechanical and electrical energy via a thermodynamic fluid in constant equilibrium (liquid vapor) and in a looped circuit, and a second fluid (water, oil, etc.) or a tilting member.
On connaît déjà de tels dispositifs solaires, assurant la conversion de l'énergie thermodynamique en énergie mécanique, soit par la vaporisation d'un fluide, soit par le biais d'un moteur à gaz utilisant le diagramme de Carnot. Such solar devices are already known, ensuring the conversion of thermodynamic energy into mechanical energy, either by vaporization of a fluid, or by means of a gas engine using the Carnot diagram.
Toutefois, ces deux types d'installations, actuellement présentés sur le marché, sont onéreux, les moteurs à gaz nécessitant notamment des installations complexes (capteur, évaporateur, condenseur, moteur à expansion, pompe de réinjection, etc.). However, these two types of installation, currently presented on the market, are expensive, gas engines in particular requiring complex installations (sensor, evaporator, condenser, expansion motor, reinjection pump, etc.).
En dehors des investissements très élevés qu'elles entraînent, ces installations demandent en outre une assistance technique permanente. De plus, leur rendement est médiocre. Certaines applications prennent des formes de gadget parce que non industrialisâmes. Ces gadgets sont basés sur le principe suivant: un liquide qui s'évapore en augmentant la pression du réservoir, cette pression fait monter un liquide dans un système d'équilibre, fait basculer l'ensemble et revient à sa position initiale. C'est ce qui prend le nom courant de Canard. Apart from the very high investments they entail, these installations also require permanent technical assistance. In addition, their performance is poor. Some applications take the form of gadgets because they are not industrialized. These gadgets are based on the following principle: a liquid which evaporates by increasing the pressure of the tank, this pressure causes a liquid to rise in a system of equilibrium, causes the assembly to tilt and returns to its initial position. This is what takes the common name of Duck.
La présente invention a pour but de créer un moteur rotatif du type ci-dessus, susceptible de fournir une puissance relativement importante pour l'entraînement d'un dispositif utilisateur, et dont le fonctionnement ne soit pas déréglé rapidement par le déséquilibre des enceintes correspondantes. The present invention aims to create a rotary motor of the above type, capable of providing a relatively large power for driving a user device, and the operation of which is not quickly disrupted by the imbalance of the corresponding speakers.
A cet effet, l'invention concerne un moteur caractérisé en ce que chaque module se compose d'une chambre déformable étanche, contenant du fluide et un moyen de transmission pesant transmettant immédiatement et intégralement toute variation de volume de l'une des chambres vers l'autre, le moyen de transmission prenant ainsi une position déséquilibrée engendrant un couple transmis à l'axe du moteur. To this end, the invention relates to a motor characterized in that each module consists of a sealed deformable chamber, containing fluid and a heavy transmission means transmitting immediately and fully any variation in volume from one of the chambers to the other, the transmission means thus taking an unbalanced position generating a torque transmitted to the axis of the engine.
Le moyen de transmission peut être un ensemble de deux pistons reliés soit par un organe de liaison muni d'une masse pesante, soit par une colonne de liquide. The transmission means can be a set of two pistons connected either by a connecting member provided with a heavy mass, or by a column of liquid.
Les deux pistons peuvent également être constitués par des cloisons souples ou des poches. The two pistons can also be constituted by flexible partitions or pockets.
Au repos, lorsque la température de la source froide est égale à celle de la source chaude, le système est à l'équilibre: les masses de fluide contenu dans les deux chambres sont égales et l'organe de transmission, pesant, est à l'équilibre. At rest, when the temperature of the cold source is equal to that of the hot source, the system is in equilibrium: the masses of fluid contained in the two chambers are equal and the transmission member, heavy, is at l 'balanced.
Ce n'est que par suite du déplacement de l'organe de transmission pesant, sous l'effet de la différence de pression régnant dans les deux chambres des modules diamétralement opposés de chaque équipage, que ce déséquilibre crée un couple appliqué à l'axe de sortie du moteur. It is only as a result of the displacement of the heavy transmission member, under the effect of the pressure difference prevailing in the two chambers of the diametrically opposite modules of each crew, that this imbalance creates a torque applied to the axis. motor output.
La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels: The present invention will be described in more detail with the aid of the appended drawings in which:
la fig. 1 est un schéma de principe d'un moteur selon l'invention; fig. 1 is a block diagram of an engine according to the invention;
la fig. 2 est une vue en coupe selon II-II de la fig. 1 ; fig. 2 is a sectional view along II-II of FIG. 1;
la fig. 3 est une vue en coupe selon III-III de la flg. 1 ; fig. 3 is a sectional view along III-III of FIG. 1;
la fig. 4 est un schéma en perspective d'un autre mode de réalisation; fig. 4 is a perspective diagram of another embodiment;
la fig. 5 est une coupe par un plan médian du mode de réalisation selon la fig. 4; fig. 5 is a section through a median plane of the embodiment according to FIG. 4;
les fig. 6 et 7 sont des schémas de deux modes de réalisation d'un tunnel. fig. 6 and 7 are diagrams of two embodiments of a tunnel.
Selon la fig. 1, le moteur rotatif à fluide se compose d'un ensemble de modules 1 formé chacun de deux enceintes 2, 3, reliées entre elles par exemple par un bras diamétral 4 formant également un tube de liaison. According to fig. 1, the rotary fluid motor consists of a set of modules 1 each formed by two chambers 2, 3, connected together for example by a diametrical arm 4 also forming a connecting tube.
Chaque enceinte 2, 3 contient une poche 6; les deux poches des deux enceintes correspondantes communiquent par le tube 4. Le volume, délimité respectivement entre chaque enceinte 2, 3 et la poche 5, 6, est fermé de façon étanche et contient un fluide susceptible de se vaporiser à la température de la source chaude SC et de condenser à la température de la source froide SF. Comme les températures des sources chaude SC et froide SF dépendent des conditions d'utilisation, le fluide est choisi en conséquence. Each enclosure 2, 3 contains a pocket 6; the two pockets of the two corresponding enclosures communicate by the tube 4. The volume, delimited respectively between each enclosure 2, 3 and the pocket 5, 6, is sealed and contains a fluid capable of vaporizing at the temperature of the source hot SC and condense to cold source temperature SF. As the temperatures of the hot sources SC and cold sources SF depend on the conditions of use, the fluid is chosen accordingly.
L'ensemble formé par les deux poches 5, 6 et le tube 4 constitue un volume fermé, constant, avec deux parties déformables formées par les poches 5, 6. Toute diminution de volume de l'une des poches 5, 6 se traduit par une augmentation de volume de l'autre poche 6, 5 puisque le volume ainsi fermé contient un fluide non com-primable, de préférence un liquide, par exemple de l'eau, ou un liquide de plus forte densité. The assembly formed by the two pockets 5, 6 and the tube 4 constitutes a closed, constant volume, with two deformable parts formed by the pockets 5, 6. Any reduction in volume of one of the pockets 5, 6 results in an increase in volume of the other pocket 6, 5 since the volume thus closed contains a non-com-primable fluid, preferably a liquid, for example water, or a liquid of higher density.
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
3 3
654 877 654,877
Tous les équipages mobiles (2, 3) sont solidaires d'un axe de sortie 7. Comme le couple exercé par chaque équipage mobile dépend de la différence de poids entre les deux poches 5, 6, la source chaude SC agit sur une moitié verticale du dispositif et la source froide SF agit sur l'autre moitié verticale du dispositif. All the moving parts (2, 3) are integral with an output axis 7. As the torque exerted by each moving part depends on the difference in weight between the two pockets 5, 6, the hot source SC acts on a vertical half of the device and the cold source SF acts on the other vertical half of the device.
L'axe 7 comporte dans chaque plan autant d'équipages mobiles que le permet l'encombrement des enceintes 2, 3. Plusieurs équipages mobiles peuvent être juxtaposés sur un même axe. The axis 7 comprises in each plane as many mobile equipments as the size of the enclosures 2, 3 allows. Several mobile equipments can be juxtaposed on the same axis.
Selon un mode de réalisation, la source chaude SC est constituée par un canal torique de section circulaire correspondant à un demi-tore. Ce canal 8 est un absorbeur de rayonnement solaire. La source froide SF est constituée également par un canal 9 de section circulaire et de forme torique correspondant à un demi-tore. En fait, les canaux de la source froide et de la source chaude (8,9) correspondent au même tore. According to one embodiment, the hot source SC is constituted by a toric channel of circular section corresponding to a half-torus. This channel 8 is an absorber of solar radiation. The cold source SF also consists of a channel 9 of circular section and toroidal shape corresponding to a half-torus. In fact, the channels of the cold source and the hot source (8,9) correspond to the same torus.
Le canal 8 de la source chaude est constitué par une enveloppe 10 constituant un absorbeur de chaleur entouré d'une enveloppe transparente 11 donnant un effet de serre. The channel 8 of the hot source is constituted by an envelope 10 constituting a heat absorber surrounded by a transparent envelope 11 giving a greenhouse effect.
Le canal 9 de la source froide présente une paroi extérieure 12, par exemple en feutre, sur laquelle on fait tomber de l'eau qui, par évaporation, prend de la chaleur et permet de refroidir le canal et par suite les enceintes au fur et à mesure qu'elles passent dans le canal. The channel 9 of the cold source has an outer wall 12, for example made of felt, on which water is dropped which, by evaporation, takes heat and makes it possible to cool the channel and consequently the enclosures as and as they pass through the canal.
Le mouvement peut également être accéléré par un effet de cheminée par circulation des gaz chaud et froid dans les deux canaux, avec des prises d'air chaud et froid 13, 14 et des sorties 15, 16, par exemple des puits canadiens fournissant de l'air chaud ou de l'air frais suivant que l'extérieur est la source chaude ou froide et le puits canadien la source froide ou chaude. The movement can also be accelerated by a chimney effect by circulation of hot and cold gases in the two channels, with hot and cold air intakes 13, 14 and exits 15, 16, for example Canadian wells supplying hot air or fresh air depending on whether the outside is the hot or cold source and the Canadian well the cold or hot source.
Enfin, le dispositif peut être associé à tout autre dispositif de récupération d'énergie naturelle. Finally, the device can be combined with any other natural energy recovery device.
La fig. 2 est une coupe selon II-II de la fig. 1 et montre la structure du dispositif au niveau de la source chaude dont le canal travaille par effet de serre. Cette coupe montre l'enveloppe extérieure 11 transparente, contenant une couche d'air, puis la matière absorbante de l'absorbeur 10 définissant le canal 8 dans lequel circulent les enceintes 2, 3. Les enceintes 2, 3 de chaque équipage, qui sont de préférence des sphères ou des quadrilatères en un matériau très conducteur comme du cuivre ou de l'aluminium, contiennent l'enveloppe déformable 5, 6 qui est en un matériau de préférence mauvais conducteur pour limiter les échanges de chaleur ou de froid vers le fluide non compressible. Fig. 2 is a section on II-II of FIG. 1 and shows the structure of the device at the hot source, the channel of which works by greenhouse effect. This section shows the transparent outer envelope 11, containing an air layer, then the absorbent material of the absorber 10 defining the channel 8 in which the enclosures 2, 3 circulate. The enclosures 2, 3 of each crew, which are preferably spheres or quadrilaterals made of a highly conductive material such as copper or aluminum, contain the deformable envelope 5, 6 which is made of a material preferably poor conductor to limit heat or cold exchanges to the fluid not compressible.
La fig. 3 montre la structure du dispositif de la fig. 2 au niveau de la source froide SF, montrant l'enveloppe opaque 12 absorbant le liquide, par exemple du feutre, délimitant le canal 9 dans lequel passent les enceintes 2, 3. Fig. 3 shows the structure of the device of FIG. 2 at the cold source SF, showing the opaque envelope 12 absorbing the liquid, for example felt, delimiting the channel 9 through which the enclosures 2, 3 pass.
Selon les fig. 2 et 3, l'étanchéité entre les tubes 4, qui portent les enceintes 2, 3, et le canal de la source chaude et de la source froide 8, 9, est assurée par des bavettes 17. Cette étanchéité peut également être assurée de façon différente en remplaçant les tubes 4 radiaux par un rotor ou du moins en associant à la partie extérieure des tubes 4, au niveau de leur passage dans les canaux des sources chaude et froide 8, 9, une couronne assurant l'étanchéité par contact de glissement ou de roulement sur les organes d'étanchéité antagonistes prévus dans les canaux des sources chaude et froide 8, 9. According to fig. 2 and 3, the seal between the tubes 4, which carry the enclosures 2, 3, and the channel of the hot source and the cold source 8, 9, is ensured by flaps 17. This seal can also be ensured by in a different way by replacing the radial tubes 4 with a rotor or at least by associating with the external part of the tubes 4, at the level of their passage in the channels of the hot and cold sources 8, 9, a ring ensuring the sealing by contact of sliding or rolling on the opposing sealing members provided in the channels of the hot and cold sources 8, 9.
Pour mettre à profit la circulation montante de gaz chaud et de gaz froid dans les canaux des sources chaude et froide, il est intéressant de munir les enceintes au moins partiellement d'aubes 18 pour améliorer la transmission du mouvement. To take advantage of the rising circulation of hot gas and cold gas in the channels of the hot and cold sources, it is advantageous to provide the enclosures at least partially with blades 18 to improve the transmission of movement.
Enfin, la source chaude peut être remplacée par un bassin qui se chauffe au rayonnement solaire ou qui contient de l'eau chaude de récupération et dans lequel plongent successivement les enceintes pour se réchauffer, la source froide étant constituée par l'extérieur du bassin. Finally, the hot source can be replaced by a basin which heats up to solar radiation or which contains hot recovery water and into which the chambers successively plunge to warm up, the cold source being constituted by the exterior of the basin.
Selon les fig. 4 et 5, le moteur se compose d'un stator 20 et d'un 5 rotor 21. According to fig. 4 and 5, the motor consists of a stator 20 and a rotor 21.
Le stator 20 est en forme de tunnel torique (fig. 6 et 7) comprenant une enveloppe isolante 22 de section par exemple rectangulaire, carrée ou circulaire, entourant une enceinte 23 dans laquelle circule un fluide caloporteur et une enceinte 24 dans laquelle circule un io fluide de refroidissement. Chaque enceinte 23, 24 correspond sensiblement à un demi-cercle. The stator 20 is in the form of a toric tunnel (FIGS. 6 and 7) comprising an insulating envelope 22 of for example rectangular, square or circular section, surrounding an enclosure 23 in which a heat-transfer fluid circulates and an enclosure 24 in which an io circulates. coolant. Each enclosure 23, 24 corresponds substantially to a semicircle.
Le rotor 21 tourne dans le volume libre délimité par les enceintes 23, 24. The rotor 21 rotates in the free volume delimited by the enclosures 23, 24.
Dans un premier mode de réalisation (modules 25, 26), le rois tor 21 se compose d'un ensemble de modules comportant une cloison souple 27 délimitant respectivement des chambres 28, 29 et 30, In a first embodiment (modules 25, 26), the kings tor 21 consists of a set of modules comprising a flexible partition 27 delimiting chambers 28, 29 and 30 respectively,
31. 31.
Les chambres 28, 30 contiennent un fluide thermodynamique susceptible de se vaporiser et de se condenser aux températures des 20 sources chaude et froide du moteur. The chambers 28, 30 contain a thermodynamic fluid capable of vaporizing and of condensing at the temperatures of the hot and cold sources of the engine.
Les chambres 29, 31 sont reliées par un conduit 32, et l'ensemble du volume ainsi délimité contient un liquide dont la température d'ébullition est beaucoup plus élevée que celle de la source chaude. The chambers 29, 31 are connected by a conduit 32, and the entire volume thus delimited contains a liquid whose boiling point is much higher than that of the hot source.
Le liquide est ainsi refoulé partiellement de la chambre (par 25 exemple 29) située du côté de la source chaude vers la chambre 31 du côté de la source froide en déséquilibrant ainsi le module pour créer un couple moteur appliqué à l'arbre de sortie du moteur. The liquid is thus partially discharged from the chamber (for example 29) situated on the side of the hot source towards the chamber 31 on the side of the cold source, thus unbalancing the module to create a motor torque applied to the output shaft of the engine.
La fig. 5 montre la déformation et la position des deux cloisons 27; dans cet exemple, les cloisons sont déformables; elles pour-30 raient également être constituées par une cloison formant piston et enserrant une colonne de liquide. Fig. 5 shows the deformation and the position of the two partitions 27; in this example, the partitions are deformable; they could also be constituted by a partition forming a piston and enclosing a column of liquid.
Suivant une autre variante non représentée, pour augmenter les possibilités du moteur, on augmente la masse déplacée au cours de chaque cycle; pour cela, on peut relier les deux pistons par une tige 35 de piston éventuellement chargée par une masse. According to another variant, not shown, to increase the possibilities of the motor, the mass displaced during each cycle is increased; for this, the two pistons can be connected by a piston rod 35 possibly loaded with a mass.
Selon la fig. 5, suivant un autre mode de réalisation, le module se compose de deux chambres 33, 34 contenant chacune une poche déformable 35 contenant un fluide thermodynamique. According to fig. 5, according to another embodiment, the module consists of two chambers 33, 34 each containing a deformable pocket 35 containing a thermodynamic fluid.
Comme précédemment, les chambres 33, 34 sont reliées par un 40 conduit 36 qui les met en communication. Le volume ainsi délimité contient un liquide inerte aux températures de fonctionnement de l'installation, c'est-à-dire ne s'évaporant pas à la température de la source chaude. As before, the chambers 33, 34 are connected by a conduit 40 which puts them in communication. The volume thus delimited contains a liquid inert to the operating temperatures of the installation, that is to say not evaporating at the temperature of the hot source.
La vaporisation de liquide dans la chambre 33 du côté de la 45 source chaude provoque le refoulement du liquide vers la chambre 34 du côté de la source froide et engendre ainsi un couple moteur. The vaporization of liquid in the chamber 33 on the side of the hot source causes the liquid to flow back to the chamber 34 on the side of the cold source and thus generates a driving torque.
Pour améliorer le fonctionnement, il est intéresant d'isoler les unes des autres les chambres des différents modules. To improve operation, it is useful to isolate the chambers of the different modules from each other.
50 Les entrée et sortie des fluides caloporteurs des sources chaude et froide portent les références 27, 38; 39, 40. 50 The inlet and outlet of heat transfer fluids from hot and cold sources have the references 27, 38; 39, 40.
Les fig. 6 et 7 montrent deux exemples de tunnels pour les sources chaude et froide. Du côté tourné vers le centre du tore, les tunnels comportent un passage 41 pour les conduits 32, 36. Figs. 6 and 7 show two examples of tunnels for hot and cold sources. On the side facing the center of the torus, the tunnels have a passage 41 for the conduits 32, 36.
55 Enfin, pour éviter que la cloison 27 ou la poche 35 ne bouchent les conduites 32, 36, celles-ci sont munies d'un organe de protection 42 (fig. 5). 55 Finally, to prevent the partition 27 or the pocket 35 from blocking the conduits 32, 36, these are provided with a protective member 42 (fig. 5).
Il convient de remarquer que le rotor 21 selon la fig. 5 peut également s'appliquer au cas d'une source chaude constituée par le 60 rayonnement solaire direct. Dans ce cas, le tunnel du stator 20 est supprimé au moins dans la partie constituant la source chaude ou est remplacé par un tunnel à effet de serre. It should be noted that the rotor 21 according to FIG. 5 can also be applied in the case of a hot source constituted by direct solar radiation. In this case, the tunnel of the stator 20 is eliminated at least in the part constituting the hot source or is replaced by a greenhouse tunnel.
3 feuilles dessins 3 sheets of drawings
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