FR2844308A1

FR2844308A1 - Engine supplied with pressurized fluid comprises nozzle injecting fluid into second fluid of greater density and mobile vanes in second fluid receiving injected fluid able to transmit thrust outside engine

Info

Publication number: FR2844308A1
Application number: FR0211159A
Authority: FR
Inventors: Rene Jean Montagner; Jean Francois Falconnet
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2004-03-12

Abstract

The engine (1) supplied with a fluid (6) comprises a nozzle (4) for injecting this fluid into a second fluid (3) having a greater density than the first. It also has at least one mobile vane (12a to 12g) in the second fluid receiving the first fluid and able to transmit the mechanical Archimedes thrust to which the first fluid is subjected outside the engine.

Description

La présente invention concerne un moteur alimenté parThe present invention relates to an engine powered by

un fluide sous pression.a pressurized fluid.

On connaît de tels moteurs.Such motors are known.

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 A first type of these motors which may be mentioned is the turbine. The turbines operate with compressed air in the case of applications such as dentists' milling machines, with gases produced by combustion in the case of applications such as aircraft turbojets, with 10 water vapor in the case of applications such as

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. turbo alternators of nuclear power generation plants or alternatively using water in the case of applications such as turbines of hydro power generation plants.

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 In all these turbines, the potential energy of the fluid is converted into the speed of the particles composing this fluid before it actually enters the turbine and it is the speed of the particles which is used to exert pressure forces. on the blades of the turbine wheel in order to drive it in rotation. The mechanical energy created by these pressure forces is transmitted outside the turbine

grâce à l'arbre sur lequel sont fixés les aubages. thanks to the tree on which the blades are fixed.

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 This type of engine has drawbacks. On the one hand, turbines require relatively high fluid speeds to be able to operate with an attractive yield. They therefore require high supply pressures, or rather high pressure differences between their inlet and their outlet, allowing the fluid particles to reach a sufficient speed when converting the potential energy of the fluid into

énergie cinétique.kinetic energy.

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 On the other hand, when the turbines operate with attractive yields, the rotational speeds of their output shafts are very high and it is therefore very often necessary to interpose a reducer between them and the loads which 'they train. The addition of this reducer, by the additional friction forces which it induces, is likely to harm the overall performance of the installation.

constituée de la turbine et du réducteur. consisting of the turbine and the reducer.

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 A second type of motor which may be mentioned comprises devices having an enclosure provided with a movable or deformable wall. These motors operate in a succession of several times. A first step corresponds to an increase in the volume of the enclosure by displacement of the movable wall or by deformation of the deformable wall due to the pressure difference between the supply fluid and the exterior of the enclosure. A second step corresponds to a reduction in the volume of the enclosure, the movable wall or the deformable wall being driven by restoring or inertial efforts of the driven load. During this second time, equal pressures on both sides of the wall are ensured

par une ouverture de l'enceinte.by an opening of the enclosure.

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 Although it allows operation with low pressures of feed fluid, this type of motor has drawbacks. The movable walls must necessarily be provided with sealing means. These means generate friction affecting the yield. Likewise, the deformable walls are likely to reduce the yield since they absorb part of the energy of the fluid necessary for their deformation. The object of the invention is to provide an engine making it possible to overcome the aforementioned drawbacks. In particular, the invention proposes to produce a motor making it possible to exploit low pressures of supply fluid, and having a good efficiency for the

bas régimes de fonctionnement.low operating speeds.

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 The motor supplied with a pressurized fluid is characterized in that it comprises a nozzle for injecting this first fluid into a second fluid with a density greater than that of the first and at least one mobile bucket in the second fluid, collecting the first fluid and making it possible to transmit outside the engine the mechanical energy of the thrust

d'Archimède à laquelle est soumis le premier fluide. Archimedes to which the first fluid is subjected.

Le premier fluide peut être un gaz ou un mélange de gaz The first fluid can be a gas or a mixture of gases

et peut, en particulier, être de l'air. and can, in particular, be air.

Le deuxième fluide peut être un liquide et peut, en The second fluid can be a liquid and can, in

particulier, être de l'eau.particular, to be water.

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 The engine may include several buckets linked to a belt connecting two wheels, one of the two wheels being integral with an output shaft of the engine making it possible to transmit outside, the mechanical energy delivered

par le moteur.by the engine.

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 The engine may also comprise a bucket movable in translation along the direction of the gravitational field and comprising means for discharging the first fluid which it contains when it reaches the high end of travel and means for controlling the nozzle, l opening when the bucket is moving towards its high end of travel and closing it when it is moving towards its low end of travel. The accompanying drawing shows, by way of example, two

modes de réalisation du moteur selon l'invention. embodiments of the engine according to the invention.

La figure 1 est un schéma d'un premier mode de Figure 1 is a diagram of a first mode of

réalisation du moteur selon l'invention. realization of the motor according to the invention.

La figure 2 est un schéma d'un deuxième mode de Figure 2 is a diagram of a second mode of

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, The motor 1, shown in FIG. 1, comprises a tank 25 2 retaining water 3, a nozzle 4 passing through the bottom wall 5 of this tank 2 in order to allow air 6 to be injected into the water 3 The air 6 is stored under pressure in a tank or is produced continuously by known means. The air must be injected at a pressure at least greater than the water pressure at the bottom of the tank 2. The compressed air flow is represented by the arrow Q. At the bottom of the tank 2, a wheel 7 is mounted in pivot connection with the latter around a horizontal axis 8. At the height of the water level, a second wheel 9 is,

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. it too, mounted in pivot connection around a horizontal axis 10 parallel to the axis 8. These two wheels 7 and 9 are linked in rotation by a belt 11 on which are fixed seven buckets 12a to 12g distributed in a regular manner and having forms of hollow warheads.

Les augets 12a à 12b peuvent se déplacer librement dans l'eau suivant une boucle présentant deux segments Buckets 12a to 12b can move freely in the water in a loop with two segments

rectilignes et verticaux.straight and vertical.

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 The nozzle 4 for injecting compressed air into the water is situated vertically above the buckets having their warhead facing upwards. The air injected at the bottom of the tank 2 forms bubbles 13 in the water. Due to the difference in density between air and water, these bubbles 13 are subjected to Archimedes' thrust and rise up towards the surface. During their ascent, the air bubbles are trapped by the buckets 12. The air thus trapped in the buckets transmits the Archimedes thrust to which it is subjected to the trough which contains it. These forces, represented by the arrows F1, F2 and F3, are taken up by the belt 11 and cause, because the buckets present on the other strand of the belt 11 are not subjected to any force other than their weight, the rotation of the wheels 7 and 9 about their respective axes. The wheel 9 is secured to a shaft not

représenté constituant l'arbre de sortie du moteur 1. shown constituting the output shaft of the motor 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 Once the trough 12a has come to be placed under the trough 12b, the air is no longer received by the trough 12b but

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. by trough 12a. Bucket 12b still continues to undergo Archimedes' push. It even undergoes it more and more as it rises towards the surface, the volume of the air which it contains increasing due to its relaxation.

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 Another embodiment of the engine according to the invention is shown in FIG. 2. It differs from the mode previously described in that it comprises a single bucket 22 movable in translation in a vertical direction. The bucket is in sliding connection with a rail 21 immersed in water and secured to the tank 2 containing the water. The bucket present in its part

supérieure une soupape non représentée. upper valve not shown.

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 Means make it possible to keep this valve closed when the bucket is moving towards the surface of the water so that it can contain air and make it possible to open this valve when the bucket arrives at the top end of the stroke. so that it can empty the air it contains and thus descend to the bottom of the water. Other means make it possible to open and close the nozzle 4 in order to supply the bucket with compressed air sequentially. In fact, the bucket must be filled with air at the time when it is at the bottom of the water, the supply having to be stopped as soon as it contains enough air to

remonter à la vitesse désirée.go back up to the desired speed.

Le mouvement de sortie du moteur est, dans ce mode de 10 réalisation, le mouvement de l'auget, c'est-à-dire un The output movement of the motor is, in this embodiment, the movement of the bucket, i.e. a

mouvement alternatif de translation verticale. reciprocating vertical translation movement.

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 In the two embodiments described, in order to minimize the energy necessary for the operation of the motor, the supply pressure of the latter is adjusted so that it is just greater than the

pression régnant au fond de l'eau.pressure prevailing at the bottom of the water.

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. Since the frictional forces of the buckets in water are substantially proportional to the value of their high squared speed, such a motor exhibits good efficiency at low operating speeds.

Le régime de fonctionnement du moteur selon l'invention est réglé grâce à une vanne non représentée permettant The operating speed of the engine according to the invention is adjusted by means of a valve not shown allowing

de régler le débit d'alimentation en air comprimé. adjust the compressed air supply rate.

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 The engine according to the two embodiments described operates with water and air, however, other fluids can be used, the main thing being that the fluid in which the buckets are present (under the conditions of engine operating temperature and pressure) higher density

au fluide d'alimentation du moteur.to the engine supply fluid.

Claims

claims

1. Motor (1; 1 ') supplied by a fluid (6) under pressure, characterized in that it comprises an injection nozzle (4) of this first fluid in a second fluid (3) of higher density to that of the first and at least one movable bucket (12a to 12g; 22) in the second fluid (3), collecting the first fluid (6) and making it possible to transmit outside the engine (1; 1 ') the mechanical energy 10 of the Archimedes thrust to which the

first fluid (6).

2. Motor (1; 1 ') according to claim 1, characterized in that the first fluid (3) is a

gas or a mixture of gases.

3. Motor (1; 1 ') according to claim 2, characterized in that the first fluid (3) is air.

4. Motor (1; 1 ') according to one of claims

previous, characterized in that the second fluid (6) is a liquid.

5. Motor (1; 1 ') according to one of claims

previous, characterized in that the second

fluid (6) is water.

6. Motor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises

several buckets (12a to 12g) linked to a belt (11) connecting two wheels (7, 9), one of the two wheels being integral with an output shaft of the engine making it possible to transmit mechanical energy to the outside delivered by the engine.

7. Motor (1 ') according to one of claims 1 to 5,

characterized in that it comprises a movable bucket (22) in translation in the direction of the gravitational field and comprising means 10 for evacuating the first fluid which it contains when it reaches the upper end of the travel and means for nozzle control, opening it when the bucket is moving towards its upper limit switch and closing it when it

is heading towards its low end of travel.