FR2585769A1 - Dispositif de production d'energie mecanique continue par moyens pyrotechniques - Google Patents

Abstract

DES EXPLOSIONS DE CARTOUCHES SE SUCCEDANT AUTOMATIQUEMENT A L'INTERIEUR D'UN RESERVOIR FOURNISSENT UNE SOURCE CONTINUE DE GAZ COMPRIMES UTILISES POUR DIVERSES APPLICATIONS COMME TURBINE A GAZ, FREIN AUTOMATIQUE, MOTEUR HYDRAULIQUE. DANS CE CAS LES GAZ COMPRIMES RESULTANT DES EXPLOSIONS 6 AGISSENT PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN PISTON 13 SUR UN FLUIDE DE TRAVAIL 4 CONTENU DANS UN CIRCUIT CLOS ET DIRIGE VERS UN CONVERTISSEUR HYDRAULIQUE 9 PAR LE TRUCHEMENT D'UNE SOUPAPE D'ADMISSION UNIDIRECTIONNELLE 17 ET D'UNE VANNE DE COMMANDE 35 ENTRE LESQUELLES SE TROUVE UNE CHAMBRE DE REGULATION 20. LE FLUIDE DE TRAVAIL REVIENT AU POINT DE DEPART EN PASSANT PAR UNE BACHE DE RESERVE 10 ET UNE SOUPAPE D'ECHAPPEMENT UNIDIRECTIONNELLE 18. UN RESSORT DE RAPPEL 41 AIDE LE PISTON A REPRENDRE SA POSITION INITIALE. UNE TIMONERIE 12 DEPENDANT DU MOUVEMENT DU PISTON 13 COMMANDE AUTOMATIQUEMENT LES EXPLOSIONS. LES RESIDUS GAZEUX SONT EVACUES PAR UN ECHAPPEMENT38.

Description

La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie dont le fonctionnement est dû à l'explosion interne de cartouches produisant des gaz qui compriment un fluide placé dans un système hydraulique clos pour transmettre les forces déveloopées à un ensemble mécanique0
Son principe de base répond à l'énoncé de la Loi de
Mariotte : Les volumes d'une meme masse de gaz sont inversement proportionnels aux pressions qu'elle supporte.

La compression du fluide vecteur d'énergie est obtenue par les explosions successives de cartouches à l'intérieur d'un espace clos communiouant avec le fluide. Ainsi la source énergé -tique de ce dispositif est due à la transformation explosive d'un corps à l'état solide, voire liquide, en produits gazeux. Les forces engendrées par cette explosion à l'intérieur d'un espace clos se manifestent par la compression d'un fluide qui se déplace dans un système hydraulique adapté allant de la haute vers la basse pression en produisant soit un couple de forces soit un mouvement rectiligne, comme le ferait par exemple un vérin hydraulique. Tel est l'exposé des principes sur lesquels repose cette invention.

Depuis l'abandon de la machine à vapeur les véhicules de toute nature, terrestres, marins et aériens ainsi que les indus -tries ont adopté les moteurs utilisant des carburants fossiles.

Cette source d'énergie n'étant pas renouvelable il convient de prévoir son remplacement. Les carburants solides peuvent être maitrisés pour la production quantitative d'énergie et actionner ainsi les moteurs de véhicules terrestres, marins et les machines fournissant un travail mécanique.

L'innovation dans la présente invention est de faire appel à l'énergie développée par l'explosion de cartouches garnies d'un composé chimique, utilisées en pyrotechnie; la matière utilisée est renouvelable, productible par l'industrie
et facilement stockable, ne présentant pas les dangers d'incendie de l'essence et propre. Le dispositif permettant l'utilisation de l'énergie produite est simple, robuste,-capable de fonctionner sans air donc éventuellement sous liteau, d'un entretien minime et Deut être rendu très silencieux. Les coûts énergétiques sont faibles. Tous ces avantages peuvent avoir un intérêt actuel dans le domaine militaire et intéresser les Armées.

Les caractéristiques d'un tel dispositif de production d'énergie apparaissent au fur et à mesure de la description détaillée qui suit. Une ébauche de réalisation de l'invention est figurée à titre d'exemple non limitatif dans les dessins schéma -tioues annexés.

La figure 1 expose le principe de base du dispositif
Un espace clos tel qu'une cuve,2)contient un liouide incongelaule et ininflammaole(4; Elle communique par sa base avec un moteur hydraulique(9)de type connu de telle façon que le fluide puisse ensuite s'écouler dans un récipient(l0. Une cartouche explosive est placée en(1). Soumise à l'action d'un percuteur, son explosion produira un volume de gaz (6) qui exercera une pression élastique au dessus du liquide(4)contenu dans la cuve (2). Ce liquide s'écoulera alors à travers le moteur(9)en donnant naissance à un couple de forces qui pourra actionner des roues dans l'exemple choisi.

Lorsque la pression exercée par le gaz(6)sur le liquide(4)aura diminuée au delà d'une limite établie une seconde explosion prendra le relais. Mais lorsque le liquideÇ4)sera passé en totalité de la cuve(2) dans le récipient(10)le moteur(9)s'arrêtera. En outre il est possible que le liquide(4)finisse par être souillé par les résidus non gazéifiables de la combustion; la marche normale du moteur risque d'en titre compromise. Pour remédier à cet inconvénient l'invention prévoit les dispositifs représentés sur la figure schématique 2. La cuve(2)ne permet plus le contact intime des gaz de l'explosion(6)avec le liquide(4).A l'intérieur de la cuve(2)se trouve une chemise(7)qui peut avoir la forme d'un soufflet d'accor -déon, constitué d'un élastomère et permettant ainsi d'en faire varier le volume sous l'action des gaz comprimés(6)roduits par l'explosion de la cartouche en(l). A la base de la chemise(7)et solidaire avec elle se trouve un renfort métallique(13)formant piston qui sert également, en fin de course basse, à commander par simple contact un palpeur évoqué dans la description de la figure 3.

Le liquide(4)est directement en contact avec la face inférieure de ce piston(l3;
La figure 3 représente un schéma d'ensemble de prin -cipe du dispositif, objet de l'invention, dont l'action est rendue continue par l'opération d'un second module complémentaire du premier. Deux cuves (a) et (3) permettent l'action alternative du mouvement des fluides(4)ett5)selon le principe exposé plus haut.

Tandis que l'une se vide sous l'action de la haute pression exercée par l'explosion de la cartouche en(1), l'autre se remplit du liquide qui s'est écoulé à travers le moteur hydraulique(9)en libérant son énergie. Au moment où le liquide achève de s'écouler de la cuve (2) vers la cuve(3)un jeu de soupapes, sous l'action d'un palpeur(l5p, inverse le flux des gaz de l'explosion qui exercent alors leur pression dans la cuve (3) refoulant ainsi le liquide en sens inverse mais de telle façon que le moteur(9)soit toujours traversé dans le même sens par le liquide sous pression, en raison de l'existence de deux clapets anti-retour(17)et(18). En outre le volume des gaz produit par l'explosion est représenté ici dans une enceinte com -mune aux deux cuves.

La figure 4 représente l'invention en un schéma plus évolué du dispositif à mouvement continu sans entrer dans la des -cription détaillée des pièces le composant puisqu'elles sont connues et disponibles dans l'industrie.

Dans l'exemple choisi le dispositif comporte deux cuves(2) et(3; mais ce nombre n'est pas limitatif et peut être augmenté selon la puissance demandee; elles échangent alternativement le fluide vécteur d'énergie représenté en(4)et(5)pour créer une source éner -gétique continue. En(7)et(8)sont représentées les chemises en élastomere en forme de soufflet d'accordéon destinées à isoler le fluide(4)et(5)des gaz de l'explosion(6)en le protégeant ainsi des souillures dues aux résidus dc la combustion. Lorsque la chemise (8) se contracte sous la poussée du fluide vecteur d'énergie la chemise (7) se rétracte sous la pression des gaz de l'explosion et inversement

dans le cycle suivant.Les renforts cylindriques~constituant la base rigide des chemises(7)et(8)viennent en contact avec des palpeur6(15)et (16)10rsquBils arrivent en fin de course basse sous l'action de la pression des gaz s'exerçant dans la cuve motrice.

Ces palpeurs sont directement reliés à un distributeur(30)de type connu.qui, par le jeu de soupapes commandées par un arbre à cames dirige alternativement les gaz de l'explosion et le fluide hydrau -lique dans l'une ou l'autre cuve . En se référant à la figure 4 on constate que le fonctionnement du dispositif est le suivant
Le reservoir de gaz (36) comporte un orifice surmonté d'un percuteur; les cartouches disposées en bandes se présentent automatiquement soas le percuteur par l'intervention d'un dispositif connu.Ia'action de ce percuteur est soumise à celle d'un déclencheur manométrique agissant de telle façon qu'une baisse de pression à l'intérieur du reservoir des gaz en dessous d'une valeur établie d'avance entraine automatiouement par un dispositif connu l'explo -sion d'une nouvelle cartouche. La pression en()restera de ce fait pratiquement constante. De plus un filtre placé dans le reservoir des gaz arrête les résidus non gazeux ae l'explosion. Une soupape de sureté est également prévue ainsi qu'une valve anti-retour des gaz.Par l'intermédiaire d'un conduit garni exterieurement d'ailettes de refroidissement(34)les gaz sous pression(6)produits par l'explosion en(l)arrivent au distributeur par la voie figurée en(22) Le distributeur muni de soupapes commandées par un arbre à cames (29) les dirige ar la voie figurée en(21) sur la cuve(2).

Pendant le mdme temps les gaz primitivement détendus dans la cuve (3) sont refoulés par la progression du liquide, vers le distributeur par la voie figurée en(24)pour être évacués vers l'échappement par la voie figurée en(23). Ils actionnent alors, par un dispositif connu, une hélice favorisant le refroidissement du réservoir des gaz avant de se dissiper à l'extérieur. Le liquide hydraulique(5) soumis à la pression des gaz provenant de l'explosion circule de la cuve(2)vers la cuve (3) en traversant le distributeur par les voies figurées en(25)et (26) puis actionne le moteur(9)et reflue par les voies figurées en(27)et (28) vers la cuve(3).Une valve anti-retour est placée sur chaque conduit du fluide hydraulique à l'entrée(17) et à la sortie(l8)du moteur(9). De plus le dispositif comporte une vanne (35) faisant varier le débit du fluide hydraulique qui alimente le moteur(9)jouant le role-de variateur de vitesse.En arrivant à la base de la cuve(2)le renfort(l3)heurte le palpeur(l5)qui entraine la rotation de l'arbre à cames(29)commandant les soupapes du distributeur(30 Par cette action les voies sont automatiquement inversées par les soupapes dans le distributeur et le cycle suivant s'opère par les voies figurées en(22) vers(24)et en(21)vers(23)pour les gaz tandis que le fluide hydraulique emprunte les voies figurées en(28) vers (26) et en(27)vers (25). En fin de cycle le renfort (14)heurte le palpeur(l6)entrainant l'arbre à cames (29) qui inverse les flux de gaz et de liquide et un nouveau cycle recommence.On constate ainsi que le distributeur est actionné automatiquement par chaque palpeur alternativement
En résumé dans un premier temps du cycle les circuits de gaz passent par les voies(21) et(22)pour la compression et(23)et(24)pour l'échap- -pement tandis que les circuits du liquide passent par (25) et (26)puis(27) et(28) flans un deuxième temps du cycle les circuits ae gaz passent par les voies(22)et (24)pour la compression et (21) et (23)pour l'échappement tandis que le liquide emprunte les voies(28)et(26)puis(27)et(25).

Les cycles alternés d'un tel dispositif peuvent produire un mou -vement saccadé du moteur (9) en raison des variations de pression nydraulique dane les ouves entre le début et la fin d'un cycle. C'est pourquoi l'invention prdvoit, pour éviter cet inconvdnient, l'adjonction d'un réservoir compensateur (20) de liquide surmonté de gaz sous pression jouant le rale de vase d'expansion relié au dispositif par le conduit (19) placd entre la valve antiretour (17) et la vanne (35).Ce reservoir compensateur (20) fonctionne en absorbant de l'éner -gie sous l'effet d'une pression hydraulique élevée pour la restituer ensuite lorsque la pression nyuraulique ùimi,.ue. Il sert de régulateur et de reserve de fluide sous pression ayant les avantages d'un moteur nybride indépendant, sans l'appoint du reste du dispositif et pouvant récupérer l'énergie en décélération par l'accumulation de fluide par le truchement des soupapes.

La figure 5 représente une variante de réalisation utilisant comme moyen de séparation entre la cnambre d'explosion tbj et le fluide de travail (4; un piston libre (13j disposé dans un cylindre (40j et réalisé de prdférence en deux parties espacées, relises entre elles par un support (11) sur lequel prend appui un moyen de commande (12) notamment les leviers d'amenée (57)et de percussion (33) des charges pyrotechiques en (1) ainsi que les moyens de rdgulation et de stockage de fluide sous pression (4) et les soupapes anti -retour (17) et (18). La sortie du moteur (40) est reliée à une chambre de fluide (20) équipée d'un clapet antiretour (17).L'intérieur du cylindre comporte un ressort de rappel (41) pour ramener le piston en position de percussion et assurer le remplissage par le clapet antiretour (18) de la chambre formant enceinte (4). En (31) l'on remarquera un dispositif de sécurité manométrique branché sur le réservoir ù accumulation (2J) sous le manomètre (32) qui a pour but d'actionner le débrayage neutralisant le moyen de commande (12) d'amenée (37) et de percussion (33) des charges pyrotechniques. En (38) se trouve une ouverlure dans le cylindre disposée en fin de course du piston (13) au point mort bas pour l'évacuation des gaz restant, éliminant ainsi les résidus de l'explosion.

Un autre mode de réalisation non représenté par le dessin consiste en une variante où la turbine est actionnée par le jet de gaz sortant ue la chambre 6 de la figure I.

L'invention décrite non limitatif permettra d'obtenir une forme d'éner qie nouvelle utilisable pour actionner des machines nour les besoins indlstriels ainsi que des moteurs de véhicules terrestres, des engins de voirie et de terrassement, des engins et véhicules militaires et des navires, enfin des générateurs électriques lorsque la nécessité de prendre le relais d'autres formes d'énergie se fera sentir.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   I. Dispositif de production d'énergie à partir de moyens pyrotechniques caractérisés en ce qu'il comporte une chambre d'explosion (6) avec une culasse pourvue de moyens automatiques pour le chargement (37) de cartouches explosives pyrotechniques (1), la percussion (33) et l'éjection des cartouches vides déplacable dans une enceinte relié à la chambre d'explosions (6), comprimant un fluide de travail (4) pour le diriger dans une chambre de régulation (20) au moyen de deux soupapes anti retour (17,18) à action uni directionnel vers un dispositif mécanique (9) convertissant énergie du fluide sous pression en énergie mécanique sensiblement continue.
2. 2. Dispositif de production d'énergie selon la revendica -tion I caractérisé en ce que le moyen déplacable de compression du fluide (4) est un piston libre (13) disposé dans un cylindre (40).
3. 3. Dispositif de production d'énergie selon la revendica -tion I caractdrisée en ce que le moyen déplacable de compression du fluide (4) est une paroi souple renforcée ( 7).
4. 4. Dispositif de production d'énergie en ce que selon la revendication 2 le piston (13) est en 2 parties espace reliés par une tige (11) sur laquelle prend appui un moyen de commande (12) de llamenée (37) et de la percution (33) des charges pyrotechniques.
5. 5. Dispositif de production d'énergie selon la revendication I en ce que la chambre de régulation (20) est constituée d'un accumulateur hydropneumatique alimentée par une soupape anti retour (17) disposée entre la chambre à fluide de l'enceinte vers le convertisseur (9) par une conduite comportant une vanne (35).
6. 6. Dispositif de production d'énergie suivant la revendica -tion I en ce que le convertisseur est un moteur hydrolique (9) dont ltéchap- -pement est relié à la chambre de fluide de l'enceinte par un clapet anti retour (18).
7. 7. Dispositif de production d'nergie selon la revendica -tion 2 en ce que il comporte un ressort de rappel (41) sur le piston libre (13) pour ramener en position de percution et assuré le remplissage de la chambre de l'enceinte contenant le fluide de travail (4) à comprimer, à partir d'wae bache de reserve (10) dans laquelle arrive le fluide sortant du convertisseur (9).
8. 8. Dispositif de production d'énergie suivant les revendications 4 et 5 en ce que le dispositif de sécurité (31) branché sur ltaccumulateur (20) actionnant un mécanisme de débrayage (12) neutralisant le système d'amenez (37) et de percution (33) des charges pyrotechniques.
9. 9. Dispositif de producteur d'énergie suivant l'une quelconque des revendications précédentes en ce que l'enceinte (40) comporte une ouverture (38) disposé vers le bas dans la zone de fin de course du piston (13) au point mort bas, pour l'évacuation des gaz restant emportant les résidus de l'explosion.
10. 10. Dispositif de production d'nergie suivant l'une des queloonque revendication précédentes en ce que le mécanisme d'amenée (37) et de percussion (33) soit commandé par le piston (13) au moyen d'une timonerie (12).