FR3040427A1 - FRICTION TURBINE, ENERGY-GENERATING PLANT COMPRISING SUCH A TURBINE AND METHOD OF USING THE SAME - Google Patents

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Abstract

La turbine à friction comporte un stator de réception d'un rotor, pourvu d'au moins une entrée du fluide et une sortie d'un fluide, ledit rotor comprenant au moins une bobine (1), cylindrique à base circulaire, ouverte aux extrémités et libre en rotation autour d'un axe longitudinal, ladite bobine étant formée de couches de matière enroulée sur elle-même et qui ne se touchent jamais, définissant ainsi au moins une spirale reliant l'entrée et la sortie dudit fluide et formant un canal d'écoulement du fluide. La spire (3) de plus faible diamètre (R3) définit un conduit central (4) de circulation du fluide et elle comprend des caches d'extrémité, équipés d'un arbre de rotation dont l'extrémité libre sort du stator, chaque cache d'extrémité étant adapté pour maintenir une extrémité de la bobine, et un des caches d'extrémité est équipé d'un arbre de rotation creux définissant un passage du fluide et situé dans le prolongement de la spire (3) de plus petit diamètre (R3). L'invention concerne aussi une installation de production d'énergie équipée d'une telle turbine et son procédé d'utilisation.The friction turbine comprises a stator for receiving a rotor, provided with at least one inlet of the fluid and an outlet of a fluid, said rotor comprising at least one coil (1), cylindrical with a circular base, open at the ends and free to rotate about a longitudinal axis, said coil being formed of layers of material wound on itself and never touching each other, thereby defining at least one spiral connecting the inlet and the outlet of said fluid and forming a channel fluid flow. The turn (3) of smaller diameter (R3) defines a central duct (4) fluid circulation and it comprises end caps, equipped with a rotation shaft whose free end leaves the stator, each cache end piece being adapted to hold one end of the spool, and one of the end caps is provided with a hollow rotation shaft defining a passage of the fluid and located in the extension of the turn (3) of smaller diameter ( R3). The invention also relates to a power generation installation equipped with such a turbine and its method of use.

Description

TURBINE A FRICTION, INSTALLATION DE PRODUCTION D'ENERGIE COMPORTANT UNE TELLE TURBINE ET SON PROCEDE D’UTILISATIONFRICTION TURBINE, ENERGY-GENERATING PLANT COMPRISING SUCH A TURBINE AND METHOD OF USING THE SAME

La présente invention concerne une turbine à friction ainsi qu’une installation de production d’énergie comportant une telle turbine et son procédé de fonctionnement.The present invention relates to a friction turbine as well as a power generation plant comprising such a turbine and its method of operation.

Une telle turbine est un type de turbine à friction, sans pale, appelée également turbine à effet de couche limite, imaginée au début du XXème siècle par TESLA. Elle est basée sur le frottement d’un fluide, généralement un gaz, sur les parois de disques, le frottement étant dû à l’adhésion de la couche limite du gaz et à sa viscosité. En s’écoulant, le gaz cède de l’énergie aux disques et entraîne ceux-ci en rotation. L’absence de pales permet une grande robustesse d’une telle turbine en étant simple de construction.Such a turbine is a type of friction turbine, without blade, also called boundary layer turbine, designed in the early twentieth century by TESLA. It is based on the friction of a fluid, usually a gas, on the disk walls, the friction being due to the adhesion of the gas boundary layer and its viscosity. As it flows, the gas gives energy to the discs and drives them in rotation. The absence of blades allows a great robustness of such a turbine being simple construction.

Parmi les évolutions apportées depuis sa création, on peut citer l’ajout sur les disques rotatifs superposés de spirales, gravées dans les disques, afin d’améliorer le rendement d’une telle turbine. US-A-2014/0252772 divulgue une telle turbine ayant un rotor équipé d’un arbre central creux et fermé à une extrémité. Le gaz entre dans l’arbre par l’extrémité ouverte et s’échappe de l’arbre par des spirales ménagées dans des disques montés sur l’arbre. Les sorties des spirales, en périphérie du rotor, sont disposées de sorte à entraîner en rotation le rotor, en sens inverse du sens de rotation des spirales. En d’autres termes, s’il y a deux spirales, leurs sorties sont diamétralement opposées. Dans un mode de réalisation de cette turbine, la spirale présente un rayon à augmentation exponentielle. Ainsi le gaz exerce une force à un angle constant en tout point de la spirale.Among the evolutions introduced since its creation, one can quote the addition on the superimposed rotary disks of spirals, engraved in the disks, in order to improve the output of such a turbine. US-A-2014/0252772 discloses such a turbine having a rotor equipped with a hollow central shaft and closed at one end. The gas enters the shaft through the open end and escapes from the shaft by spirals in disks mounted on the shaft. The outputs of the spirals, at the periphery of the rotor, are arranged so as to drive the rotor in rotation, in the opposite direction to the direction of rotation of the spirals. In other words, if there are two spirals, their outputs are diametrically opposed. In one embodiment of this turbine, the spiral has an exponentially increasing radius. Thus the gas exerts a force at a constant angle at every point of the spiral.

Ceci étant, une telle turbine est réalisée à partir d’un empilement de disques parallèles, montés sur un arbre central. Une telle construction est relativement complexe, non seulement du fait du nombre de pièces mais également par la difficulté à réaliser des fixations précises et fiables entre les différentes pièces. Les fixations, du fait de vibrations, ont tendance à se relâcher et/ou à casser, ce qui est potentiellement dangereux, sans parler des coûts de maintenance et des défauts d’étanchéité. Par ailleurs, on constate que l’arbre central a tendance à se dilater axialement sous l’effet de la chaleur dégagée lors du fonctionnement de la turbine alors que les disques se dilatent radialement. Cela génère des contraintes qui affaiblissent la structure, en particulier au niveau des fixations. Le phénomène de dilatation impacte également la géométrie des spirales ménagées dans les disques et donc affectent les performances de la turbine. La dilatation différenciée des disques et de l’arbre ainsi que la présence de fixations affectent également l’étanchéité entre les pièces constitutives de la turbine. De plus, un tel mode de réalisation de la turbine induit un poids tel qu’il pénalise le fonctionnement de la turbine. L’invention vise à proposer un autre mode de réalisation d’une turbine à friction de type Tesla d’une construction et d’une maintenance aisées tout en ayant un rendement et un fonctionnement optimisés en palliant aux défauts inhérents à la présence de fixations et au mode de construction décrits ci-dessus. A cet effet, l'invention a pour objet une turbine à friction comportant au moins un stator de réception d’un rotor, ledit stator étant pourvu d’au moins une entrée du fluide et une sortie d’un fluide, ledit rotor comprenant au moins une bobine, cylindrique à base circulaire, ouverte aux extrémités et libre en rotation autour d’un axe longitudinal, ladite bobine étant formée de couches de matière enroulée sur elle-même et qui ne se touchent jamais, définissant ainsi au moins une spirale reliant l’entrée et la sortie dudit fluide et formant un canal d’écoulement du fluide, caractérisée en ce que la spire de plus faible diamètre définit un conduit central de circulation du fluide et en ce qu’elle comprend des caches d’extrémité, équipés d’un arbre de rotation dont l’extrémité libre sort du stator, chaque cache d’extrémité étant adapté pour maintenir une extrémité de la bobine, et en ce qu’au moins un des caches d’extrémité est équipé d’un arbre de rotation creux définissant un passage du fluide et situé dans le prolongement de la spire de plus petit diamètre.This being so, such a turbine is made from a stack of parallel disks, mounted on a central shaft. Such a construction is relatively complex, not only because of the number of parts but also by the difficulty to achieve precise and reliable fasteners between the different parts. Fasteners, due to vibration, tend to loosen and / or break, which is potentially dangerous, not to mention maintenance costs and leaks. Furthermore, it is found that the central shaft tends to expand axially under the effect of the heat generated during operation of the turbine while the discs expand radially. This generates constraints that weaken the structure, especially at the fasteners. The phenomenon of expansion also impacts the geometry of the spirals formed in the discs and therefore affect the performance of the turbine. The differentiated expansion of the discs and the shaft and the presence of fasteners also affect the seal between the constituent parts of the turbine. In addition, such an embodiment of the turbine induces a weight such that it penalizes the operation of the turbine. The aim of the invention is to propose another embodiment of a Tesla-type friction turbine of easy construction and maintenance while having an optimized performance and operation by overcoming the defects inherent in the presence of fasteners and to the construction mode described above. For this purpose, the subject of the invention is a friction turbine comprising at least one stator for receiving a rotor, said stator being provided with at least one fluid inlet and an outlet of a fluid, said rotor comprising at least one at least one coil, cylindrical with a circular base, open at the ends and free to rotate about a longitudinal axis, said coil being formed of layers of material wound on itself and which never touch each other, thus defining at least one spiral connecting the inlet and the outlet of said fluid and forming a fluid flow channel, characterized in that the smaller diameter coil defines a central fluid circulation duct and in that it comprises end covers, equipped with a rotation shaft whose free end exits the stator, each end cap being adapted to hold one end of the coil, and in that at least one of the end caps is eq. uipé of a hollow rotation shaft defining a passage of the fluid and located in the extension of the turn of smaller diameter.

Grâce à l’invention, la bobine, formée d’une seule pièce, est maintenue dans le stator par les caches d’extrémité. Les formes des extrémités et des caches d’extrémité sont adaptées pour assurer et maintenir l’assemblage lors de la rotation de la bobine qui est donc dépourvue d’un arbre central distinct du reste de la bobine. Ainsi, la fixation des pièces constitutives de la turbine et l’étanchéité sont réalisées par complémentarité de formes. On résout ainsi les problèmes dû à la dilatation différenciée entre les pièces, celle-ci se faisant désormais toujours selon les sens axial. Par ailleurs, la dilatation de la bobine et des caches d’extrémité selon ia même direction permet de renforcer la fixation et l’étanchéité entre les pièces. Cela permet d’utiliser la turbine à des pressions élevées, typiquement supérieures à 100 bars, donc en obtenant des puissances élevées. Une telle construction permet également de réduire le nombre de pièces constitutives de la turbine, donc de réduire le poids et l’encombrement de cette dernière. Une telle construction permet de réaliser de manière précise et contrôlée le canal d’écoulement du fluide définit par les spires, ce qui optimise non seulement la fabrication mais également les rendements de la turbine. Le rotor, formé de facto de la bobine et des caches d’extrémité, est monté dans le stator. Le fluide entre, par exemple, par la périphérie de la bobine et s’échappe par un des arbres fixés sur les extrémités de la bobine. Du fait de l’absence d’un arbre traversant monté dans le rotor, on obtient un écoulement régulier et non perturbé du fluide lors de sa circulation dans la turbine, d’où une plus grande efficacité.Thanks to the invention, the coil, formed in one piece, is held in the stator by the end covers. The shapes of the ends and end covers are adapted to ensure and maintain the assembly during the rotation of the coil which is thus devoid of a central shaft separate from the rest of the coil. Thus, the fixing of the constituent parts of the turbine and the sealing are carried out by complementarity of shapes. This solves the problems due to the differentiated expansion between the parts, it is now always in the axial directions. Furthermore, the expansion of the coil and the end covers in the same direction makes it possible to reinforce the fixing and the sealing between the parts. This makes it possible to use the turbine at high pressures, typically greater than 100 bar, thus obtaining high powers. Such a construction also reduces the number of parts constituting the turbine, thus reducing the weight and bulk of the latter. Such a construction makes it possible to accurately and control the fluid flow channel defined by the turns, which optimizes not only the manufacture but also the efficiency of the turbine. The rotor, de facto formed of the coil and the end covers, is mounted in the stator. The fluid enters, for example, the periphery of the coil and escapes through one of the shafts fixed on the ends of the coil. Due to the absence of a traversing shaft mounted in the rotor, a smooth and undisturbed flow of the fluid is obtained as it circulates in the turbine, resulting in greater efficiency.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, une telle turbine peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - Au moins un des caches d’extrémité est monté de manière amovible sur une des extrémités de la bobine. - Les espaces entre les spires de matière sont parallèles entre eux sur toute la longueur de la bobine. - Les espaces entre les spires de matière ne sont pas parallèles entre eux sur toute la longueur de la bobine. - Le stator est pourvu d’une fente longitudinale d’accès au volume interne dont la longueur est adaptée à la longueur de la bobine, l’entrée du fluide s’effectuant par cette fente et sa sortie par un cache d’extrémité. - Le stator est pourvu d’une fente longitudinale d’accès au volume interne dont la longueur est adaptée à la longueur de la bobine, la sortie du fluide s’effectuant par cette fente et son entrée par un cache d’extrémité. - L’entrée et la sortie du fluide s’effectuent par les caches d’extrémités. - Un cylindre, formant de facto un stator, entoure la bobine et les caches d’extrémité, ledit cylindre étant fixé sur les arbres de sortie des caches d’extrémité. - La turbine comprend plusieurs bobines montées en série par aboutement, leurs axes longitudinaux étant confondus. - la liaison entre deux bobines aboutées est réalisée par un organe de liaison pourvu sur chaque face d’un logement de réception d’une des extrémités des bobines. L’invention concerne également une installation de production d’énergie comprenant au moins une turbine conforme à une des caractéristiques précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un organe de collecte du fluide en sortie de la turbine relié à une source de chaleur elle-même reliée à l’entrée de la turbine. L’invention concerne également un procédé d’utilisation d’une telle installation, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : - a) introduire le fluide dans la turbine à une pression supérieure à la pression interne de la turbine et à une température donnée, - b) collecter en sortie de turbine le fluide à une pression et à une température inférieures aux pression et température d’entrée, - c) envoyer le fluide collecté à l’étape b) sur une source de chaleur adaptée pour céder de la chaleur, - d) collecter le fluide à l’issue de l’étape c) à une pression et à une température supérieures à celles de l’étape b), - e) réaliser une nouvelle étape a) en dirigeant le fluide obtenu à l’étape d) dans la turbine. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation de l’invention, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: -a figure 1 est une vue en perspective de la bobine selon un mode de réalisation conforme à l’invention, la figure 2 est une vue, à plus grande échelle, d’une des extrémités de la bobine constitutive du rotor de la figure 1, la figure 3 est une vue similaire à la figure 1, à la même échelle, de la bobine de la figure 1 avec un cache d’extrémité en place, la figure 4 est une vue de côté, à une autre échelle, de la bobine de la figure 3 avec les deux caches d’extrémité en place, la figure 5 est une vue de côté, à une autre échelle, d’une turbine avec la bobine de la figure 4 en place dans un stator, selon un mode de réalisation de l’invention, la figure 6 est une vue en perspective, à plus petite échelle, de la turbine de la figure 5 avec un organe d’entrée du fluide en position sur le stator, la figure 7 est un schéma illustrant l’utilisation d’une turbine conforme à l’invention dans une installation de production d’énergie à circuit fermé, la figure 8 est une vue de côté, à une autre échelle, de plusieurs turbines connectées en série selon un autre mode de réalisation de l’invention, la figure 9 est une vue en perspective, à une plus grande échelle, d’un cache d’extrémité conforme à un mode de réalisation de l’invention et la figure 10 est une vue en perspective, à la même échelle que la figure 9, d’un séparateur entre deux bobines constitutives d’un rotor dans un autre mode de réalisation,According to advantageous but non-mandatory aspects of the invention, such a turbine may comprise one or more of the following features: At least one of the end caps is removably mounted on one end of the coil. - The spaces between the turns of material are parallel to each other over the entire length of the coil. - The spaces between the turns of material are not parallel to each other over the entire length of the coil. - The stator is provided with a longitudinal slot for access to the internal volume whose length is adapted to the length of the coil, the fluid inlet being effected by this slot and its output by an end cap. - The stator is provided with a longitudinal slot for access to the internal volume whose length is adapted to the length of the coil, the fluid outlet being effected by this slot and its input by an end cap. - The entry and the exit of the fluid is carried out by the caches of ends. - A cylinder, de facto forming a stator, surrounds the coil and the end caps, said cylinder being fixed on the output shafts of the end covers. - The turbine comprises several coils connected in series by abutment, their longitudinal axes being merged. - The connection between two butted coils is formed by a connecting member provided on each side of a receiving housing of one end of the coils. The invention also relates to an energy production installation comprising at least one turbine according to one of the preceding characteristics, characterized in that it comprises at least one fluid collection member at the outlet of the turbine connected to a heat source. itself connected to the inlet of the turbine. The invention also relates to a method of using such an installation, characterized in that it comprises at least the following steps: a) introducing the fluid into the turbine at a pressure greater than the internal pressure of the turbine and at a given temperature, b) collect at the outlet of the turbine the fluid at a pressure and at a temperature lower than the inlet pressure and temperature, c) send the fluid collected in step b) to a suitable heat source to give up heat, - d) to collect the fluid at the end of step c) at a pressure and a temperature higher than those of step b), - e) to carry out a new step a) directing the fluid obtained in step d) in the turbine. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly on reading the following description of several embodiments of the invention, given solely by way of nonlimiting example and with reference. In the accompanying drawings in which: FIG 1 is a perspective view of the coil according to an embodiment of the invention, Figure 2 is a view, on a larger scale, of one end of the constituent coil of the rotor of FIG. 1, FIG. 3 is a view similar to FIG. 1, on the same scale, of the coil of FIG. 1 with an end cap in place, FIG. 4 is a side view, at another scale, the coil of FIG. 3 with the two end covers in place, FIG. 5 is a side view, on a different scale, of a turbine with the coil of FIG. 4 in place in a stator, according to one embodiment of the invention, the FIG. 6 is a perspective view, on a smaller scale, of the turbine of FIG. 5 with a fluid inlet member in position on the stator, FIG. 7 is a diagram illustrating the use of a turbine that conforms to FIG. the invention in a closed circuit power generation plant, FIG. 8 is a side view, on a different scale, of several series connected turbines according to another embodiment of the invention, FIG. a perspective view, on a larger scale, of an end cap according to one embodiment of the invention and FIG. 10 is a perspective view, on the same scale as FIG. separator between two coils constituting a rotor in another embodiment,

La figure 1 illustre un organe constitutif de la partie mobile en rotation ou rotor d’une turbine conforme à un mode de réalisation de l’invention. En l’espèce, cet organe est formé d’une bobine 1, également appelée bobineau, équipée de caches d’extrémité.FIG. 1 illustrates a member constituting the rotatable or rotatable part of a turbine according to one embodiment of the invention. In this case, this member is formed of a coil 1, also called bobbin, equipped with end covers.

La bobine 1 est réalisée, de manière avantageuse, en un métal ou un alliage métallique. En variante, la bobine 1 est en un autre matériau, par exemple un matériau composite. Selon encore une autre variante, la bobine est réalisée en au moins deux matériaux de nature différentes.The coil 1 is advantageously made of a metal or a metal alloy. As a variant, the coil 1 is made of another material, for example a composite material. According to yet another variant, the coil is made of at least two different types of materials.

Dans tous les cas, la bobine 1 est formée de plusieurs couches de matière enroulée sur elle-même. Ces couches ne se touchent jamais. Ainsi, elles définissent entre elles un espace configuré en spirale.In all cases, the coil 1 is formed of several layers of material wound on itself. These layers never touch each other. Thus, they define between them a space configured spiral.

La figure 1 illustre une bobine 1, cylindrique à base circulaire, équipée d’une seule spirale, selon un mode de réalisation de l’invention. En variante non illustrée, la bobine comprend plusieurs spirales disposées en décalée les unes par rapport aux autres, d’une valeur angulaire définie.Figure 1 illustrates a coil 1, cylindrical circular base, equipped with a single spiral, according to one embodiment of the invention. In a variant that is not illustrated, the coil comprises a plurality of spirals arranged offset relative to each other by a defined angular value.

La ou chaque spirale débute de la face externe 2 de la bobine 1 en direction de l’intérieur de celle-ci. Dans une variante non représentée, la spirale débute du centre de la bobine.The or each spiral starts from the outer face 2 of the coil 1 towards the inside thereof. In a variant not shown, the spiral starts from the center of the coil.

Par la suite, l’espace, lui-même configuré en forme de spire, qui est situé entre deux spires de matière sera simplement désigné par le terme spire.Subsequently, the space, itself configured in the form of a turn, which is located between two turns of material will simply be designated by the term turn.

La dernière spire 3, à savoir celle ayant le plus petit rayon R3, par rapport à un axe central longitudinal A de la bobine 1, définit un conduit central 4 de circulation du fluide. Ici, il sera décrit, en premier, un mode de réalisation où le conduit central ainsi formé assure la sortie du fluide. La ou chaque spire occupe toute la longueur L1 de la bobine 1. Ainsi, le conduit 4 a une longueur identique à celle de la bobine 1. Le conduit 4 est rectiligne et ouvert aux deux extrémités. En d’autres termes, la première spire définit de facto un conduit de circulation qui a le même rôle qu’un arbre central connu de l’état de la technique mais sans qu’il s’agisse d’une pièce additionnelle.The last turn 3, namely that having the smallest radius R3, with respect to a longitudinal central axis A of the coil 1, defines a central duct 4 for circulating the fluid. Here, it will be described, first, an embodiment wherein the central duct thus formed ensures the output of the fluid. The or each turn occupies the entire length L1 of the coil 1. Thus, the conduit 4 has the same length as that of the coil 1. The conduit 4 is straight and open at both ends. In other words, the first turn defines de facto a circulation duct which has the same role as a central shaft known from the state of the art but without it being an additional piece.

Comme cela apparaît aux figures 1 à 3, l’espace délimité par deux spires de matière consécutives a, dans ce mode de réalisation, une largeur variable entre la spire 5 de plus grand rayon R5 et la spire 3 de plus petit rayon 3. L’espace E5 est donc plus large que l’espace E3. Ainsi, l’espace entre les spires de matière est convergent dans le sens radial, de l’extérieur de la bobine 1 vers l’intérieur de celle-ci. Les espaces entre les spires sont parallèles entre eux, par rapport à l’axe longitudinal A. En d’autres termes, on peut assimiler les espaces entre les spires à des logements cylindriques à base circulaire, concentriques et dont le diamètre varie selon un pas non constant. On réalise donc une spirale convergente en direction du centre de la bobine 1. On conçoit que, dans un autre mode de réalisation, la spirale est divergente. Ainsi, on peut définir deux types de spirale : d’une part, une spirale avec des spires de matière parallèles, donc un espace-ou spire-entre les couches de matière ayant une largeur constante et, d’autre part, une spirale dans laquelle les spires de matière ne sont pas parallèles, donc avec une largeur de la spire non constant, à savoir divergent ou convergent par rapport au centre de la bobine.As shown in FIGS. 1 to 3, the space delimited by two consecutive turns of material has, in this embodiment, a variable width between the turn 5 of larger radius R5 and the turn 3 of smaller radius 3. L space E5 is therefore wider than space E3. Thus, the space between the turns of material is convergent in the radial direction from the outside of the coil 1 towards the inside thereof. The spaces between the turns are parallel to each other, with respect to the longitudinal axis A. In other words, the spaces between the turns can be assimilated to cylindrical housings with circular base, concentric and whose diameter varies according to a step not constant. A convergent spiral is thus produced in the direction of the center of the coil 1. It is conceivable that, in another embodiment, the spiral is divergent. Thus, two types of spiral can be defined: on the one hand, a spiral with parallel turns of material, thus a space-or turn-between the layers of material having a constant width and, on the other hand, a spiral in which turns of material are not parallel, therefore with a non-constant turn of the turn, ie diverging or converging with respect to the center of the coil.

La réalisation d’une telle bobine 1 peut être obtenue, par exemple, par enroulement sur elle-même d’une feuille de matière, en particulier d’une feuille métallique. Dans un autre mode de réalisation préféré, la bobine 1 est réalisée par des techniques, connues en soi, par exemple, par électroérosion par fil ou par des techniques d’usinage ou d’impression en 3D. De telles techniques, notamment l’usinage ou i’électroérosion par fil, permettent d’obtenir une précision dimensionnelle que ne permet pas, ou du moins pas de manière aisée, l’enroulement d’une feuille de matière. En effet, l’épaisseur de la matière est généralement comprise entre 0.1 mm et 300 mm, typiquement entre 0.5 mm et 50 mm, selon la bobine 1 à réaliser. Cette dernière a une longueur L1 généralement comprise entre quelques centimètres et quelques mètres. Il convient de garder à l’esprit que, la longueur L1 dépend du débit et/ou de la pression du fluide, de la viscosité et de la nature du fluide ainsi que des rendements souhaités.The realization of such a coil 1 can be obtained, for example, by winding on itself a sheet of material, in particular a metal sheet. In another preferred embodiment, the coil 1 is made by techniques, known per se, for example, by wire EDM or by machining or 3D printing techniques. Such techniques, in particular wire machining or electroerosion, make it possible to obtain a dimensional accuracy that is not possible, or at least not in an easy manner, for winding a sheet of material. Indeed, the thickness of the material is generally between 0.1 mm and 300 mm, typically between 0.5 mm and 50 mm, depending on the coil 1 to achieve. The latter has a length L1 generally between a few centimeters and a few meters. It should be borne in mind that the length L1 depends on the flow rate and / or the fluid pressure, the viscosity and the nature of the fluid as well as the desired yields.

De même le développé de la bobine 1, c’est-à-dire la longueur de la feuille de matière constitutive de la bobine, avant l’enroulement, est compris entre quelques dizaines de centimètres et quelques dizaines, voire centaines, de mètres, typiquement entre 0,50 m et 500 m.Similarly, the developed coil 1, that is to say the length of the sheet of material constituting the coil, before winding, is between a few tens of centimeters and a few tens, or even hundreds of meters, typically between 0.50 m and 500 m.

Dans tous les cas, le développé de la bobine 1 doit permettre d’obtenir un nombre minimal de spires, par exemple égal à quatre, étant entendu qu’il peut y avoir plusieurs dizaines, voire centaines, de spires. La convergence, c’est-à-dire la diminution de la largeur de l’espace entre les spires de matière, de l’espace E5 à l’espace E3, est calculée de sorte que la vitesse de passage du fluide dans les espaces soit, autant que possible, maximale tout en préservant un écoulement laminaire. Ce calcul fait intervenir divers paramètres parmi lesquels on peut citer les pressions d’entrée et de sortie du fluide, la nature de la matière constitutive de la bobine et son état de surface, les températures d’entrée et de sortie du fluide, son débit, sa viscosité. De même l’épaisseur de la matière et le nombre de spires de matière, donc le poids de la bobine 1, sont adaptés à l’inertie recherchée de la bobine, donc de facto du rotor de la turbine.In all cases, the developed coil 1 must provide a minimum number of turns, for example equal to four, it being understood that there may be several tens or even hundreds of turns. The convergence, that is to say the decrease in the width of the space between the turns of matter, from the space E5 to the space E3, is calculated so that the speed of passage of the fluid in the spaces as far as possible, maximum while preserving a laminar flow. This calculation involves various parameters among which can be mentioned the inlet and outlet pressures of the fluid, the nature of the constituent material of the coil and its surface condition, the inlet and outlet temperatures of the fluid, its flow rate. , its viscosity. Similarly, the thickness of the material and the number of turns of material, and therefore the weight of the coil 1, are adapted to the desired inertia of the coil, therefore de facto of the rotor of the turbine.

Dans un autre mode de réalisation non illustré, la spirale n’est pas convergente ou divergente. Dans ce cas, l’espace-ou spire-défini entre deux spires de matière voisines est constant sur toute la section de la bobine.In another embodiment not illustrated, the spiral is not convergent or divergent. In this case, the space-or turn-defined between two adjacent turns of material is constant over the entire section of the coil.

Il est alors possible, selon cet autre mode de réalisation de fabriquer une telle bobine par emboîtage mutuel de cylindres concentriques préfabriqués. Ces cylindres sont maintenus à écartement constant par les caches d’extrémité ou par des organes de séparation. On conçoit que des ouvertures doivent être ménagées dans les cylindres afin d’assurer la circulation du fluide entre l’extérieur et l’intérieur du rotor. Dans ce cas, il est nécessaire de réaliser un parcours forcé du fluide, entre l’intérieur et l’extérieur de la bobine, afin que le fluide circulant entraîne en rotation les cylindres concentriques. Pour cela, il convient de réaliser des chicanes entre les cylindres.It is then possible, according to this other embodiment to manufacture such a coil by interlocking mutual prefabricated concentric cylinders. These cylinders are kept at constant spacing by the end caps or by separating members. It is conceivable that openings must be provided in the cylinders to ensure the flow of fluid between the outside and the inside of the rotor. In this case, it is necessary to perform a forced flow of fluid between the inside and the outside of the coil, so that the circulating fluid rotates the concentric cylinders. For this, it is necessary to perform baffles between the cylinders.

La figure 3 illustre une bobine 1 dont une extrémité 10 est équipée d’un cache d’extrémité 8. Ce cache 8 est en forme de coupelle circulaire dont le diamètre interne et la hauteur du bord sont adaptés pour recevoir une extrémité de la bobine 1. Ce cache 8 est particulièrement visible à la figure 9.FIG. 3 illustrates a coil 1, one end of which is equipped with an end cap 8. This cap 8 is in the form of a circular cup whose internal diameter and the height of the edge are adapted to receive one end of the coil 1 This cover 8 is particularly visible in FIG.

Le cache 8 est équipé d’un arbre central de rotation 7 s’étendant perpendiculairement vers l’extérieur, à partir de la face 8 du cache 8 la plus éloignée de la bobine. Lorsque le cache 6 est en place, l’arbre 7 est dans le prolongement du conduit 4 central de la bobine. La fixation de l’arbre 7 est amovible. Pour cela, l’arbre 7 est vissé dans un taraudage ménagé en position centrale dans la face 8 du cache 8. Le vissage est effectué en sens inverse du sens de rotation de la bobine 1, de sorte que le serrage soit d’autant plus fort que la rotation de la bobine 1 autour de son axe A est rapide. Une telle solution présente l’avantage de réaliser une étanchéité optimale quelle que soit la vitesse de rotation du rotor. En variante, l’arbre 7 est fixé définitivement sur le cache 6.The cover 8 is equipped with a central rotation shaft 7 extending perpendicularly outwardly from the face 8 of the cover 8 furthest from the coil. When the cover 6 is in place, the shaft 7 is in the extension of the duct 4 central coil. The attachment of the shaft 7 is removable. For this, the shaft 7 is screwed into a tapped hole centrally in the face 8 of the cover 8. The screwing is performed in the opposite direction of the rotation of the coil 1, so that the tightening is all the more strong that the rotation of the coil 1 about its axis A is fast. Such a solution has the advantage of achieving optimum sealing regardless of the speed of rotation of the rotor. In a variant, the shaft 7 is permanently fixed on the cover 6.

La face 80 opposée à la face 8, donc la face en regard de la bobine 2 lorsque le cache 6 est en position, est pourvue d’un logement de réception de l’extrémité 10 de la bobine 1, Le logement de réception est, avantageusement, formé par des rainures circulaires 81, Celles-ci définissent des spires, convergentes ou non selon le mode de réalisation des spires de la bobine 1, de forme et de dimension complémentaires aux spires de la bobine 1. Dans le cas où, par exemple, les spires de la bobine 1 sont concentriques et non convergentes, il en est de même de celles constitutives du logement de réception du cache d’extrémité 6, En d’autres termes, la face 80 du cache d’extrémité 6 est rainurée de sorte à recevoir les extrémités libres 10 ou 11 de la bobine 1, La liaison et l’étanchéité entre le cache 6 et l’extrémité 10 sont assurées par complémentarité de formes : en d’autres termes, on fixe le cache 6 sur l’extrémité 10. La rotation de la bobine est avantageusement réalisée dans le même sens que l’enroulement de la spire, ce qui induit un serrage d’autant plus important que les forces de frottement sont élevées.The face 80 opposite the face 8, therefore the facing face of the spool 2 when the cover 6 is in position, is provided with a housing for receiving the end 10 of the spool 1, the receiving housing is, advantageously, formed by circular grooves 81, which define turns, convergent or not, according to the embodiment of the turns of the coil 1, of shape and dimension complementary to the turns of the coil 1. In the case where, by for example, the turns of the coil 1 are concentric and non-convergent, the same is true of those constituting the receiving housing of the end cap 6, In other words, the face 80 of the end cap 6 is grooved so as to receive the free ends 10 or 11 of the coil 1, the connection and the seal between the cover 6 and the end 10 are provided by complementarity of shapes: in other words, we fix the cover 6 on the end 10. The rotation of the bob ine is advantageously carried out in the same direction as the winding of the turn, which induces a tightening all the more important that the friction forces are high.

Si besoin, un joint est positionné au fond de la rainure 81 pour optimiser l’étanchéité. Un tel mode construction du rotor permet un montage réversible, sans fixation, avec un minimum de pièces. Par ailleurs, on résout non seulement la question de la dilatation mais on améliore la sécurité puisque plus le rotor tourne vite et plus on resserre la liaison entre la bobine 1 et le cache 6.If necessary, a seal is positioned at the bottom of the groove 81 to optimize the seal. Such a construction mode of the rotor allows a reversible mounting, without fixing, with a minimum of parts. Moreover, not only the question of expansion is solved, but the safety is improved since the faster the rotor rotates and the more the connection between the coil 1 and the cover 6 is tightened.

Comme illustré à la figure 4, un autre cache 9, identique au cache 6, équipe l’extrémité 11 opposée à l’extrémité 10 recevant le cache 6. Le cache 9 est également pourvu d’un arbre central de rotation 12 s’étendant perpendiculairement vers l’extérieur à partir de la face 13 du cache 9 la plus éloignée de la bobine 1 et d’un logement de réception de l’extrémité 11, identique au logement 81. En d’autres termes, quelle que soit l’extrémité 10 ou 11 de la bobine, cette dernière peut être montée dans un cache 6 ou 9.As illustrated in Figure 4, another cover 9, identical to the cover 6, equips the end 11 opposite the end 10 receiving the cover 6. The cover 9 is also provided with a central shaft 12 of rotation perpendicularly outwardly from the face 13 of the cover 9 farthest from the coil 1 and a receiving housing of the end 11, identical to the housing 81. In other words, whatever the end 10 or 11 of the coil, the latter can be mounted in a cover 6 or 9.

Ainsi, comme cela apparaît à la figure 4, les arbres 7 et 12 sont alignés et dans le prolongement du conduit 4,Thus, as shown in FIG. 4, the shafts 7 and 12 are aligned and in the extension of the duct 4,

Au moins un des arbres, par exemple ici l’arbre 7, est creux et définit une sortie 70, visible à la figure 5, du fluide de ia bobine vers l’extérieur de ia turbine. L’autre arbre 12 est, ici, plein.At least one of the shafts, for example, shaft 7, is hollow and defines an outlet 70, visible in FIG. 5, of the fluid of the coil towards the outside of the turbine. The other tree 12 is here full.

Dans un autre mode de réalisation non représenté, les faces 80, 81 des caches ne sont pas rainurées. Dans ce cas, les extrémités de la bobine sont en appui direct sur les faces des caches. Si besoin, un joint est prévu. Le maintien en place des caches sur la bobine, de façon étanche, est obtenu, par exemple par des tiges filetées reliant les deux caches, la longueur de chaque tige étant supérieure à celle de la bobine.In another embodiment not shown, the faces 80, 81 of the covers are not grooved. In this case, the ends of the coil are in direct support on the faces of the covers. If necessary, a seal is provided. Keeping the covers in place on the coil, in a sealed manner, is obtained, for example by threaded rods connecting the two covers, the length of each rod being greater than that of the coil.

Dans un autre mode de réalisation non représenté, au moins un, avantageusement les deux, cache 6 ou 9 est fixé définitivement sur une extrémité de la bobine. La fixation est effectuée, par exemple, par soudage.In another embodiment not shown, at least one, advantageously both, cache 6 or 9 is permanently fixed on one end of the coil. Fixing is performed, for example, by welding.

La figure 5 illustre un mode de réalisation dans lequel la bobine 1 est équipée des caches 6 et 9, donc le rotor de la turbine T, en place dans un stator 14. Celui-ci est un cylindre à base circulaire, de forme et de dimensions complémentaires à celles de la bobine 1. Le cylindre 14 est pourvu de deux ouvertures 15, 16 ménagées dans ses extrémités pleines. Ces ouvertures permettent le passage, respectivement, des arbres 7 et 12. Les arbres 7, 12 s’étendent donc, par leurs extrémités libres, hors du stator 14.FIG. 5 illustrates an embodiment in which the coil 1 is equipped with the covers 6 and 9, thus the rotor of the turbine T, in place in a stator 14. This is a cylinder with a circular base, of shape and shape. dimensions complementary to those of the coil 1. The cylinder 14 is provided with two openings 15, 16 formed in its full ends. These openings allow the passage, respectively, of the shafts 7 and 12. The shafts 7, 12 thus extend, by their free ends, out of the stator 14.

Les ouvertures 15, 16 sont adaptées pour permettre la libre rotation des arbres 7 et 12 autour de l’axe longitudinal A, donc la libre rotation de la bobine 1, tout en évitant la sortie du fluide. Avantageusement, elles sont équipées d’un joint. De même, afin de faciliter une rotation régulière, elles peuvent être équipées de roulements à billes étanches. Ainsi, dans le stator cylindrique 14, le rotor, formé par la bobine 1 et les deux caches 6 et 9, est libre en rotation. Le fluide, comme indiqué précédemment, peut sortir par le conduit 70 ménagé dans l’arbre 7. En variante non illustrée, le stator a une autre forme que cylindrique à base circulaire. Il peut s’agir par exemple d’un volume à base carrée, étant entendu que le volume interne du stator doit être de préférence de forme complémentaire à celle de la bobine 1. L’entrée du fluide dans la turbine T, donc le passage du fluide de l’extérieur du stator 14 à l’intérieur de celui-ci est assurée par un organe d’entrée 17, visible dans un mode de réalisation illustré à la figure 6. L’organe d’entrée 17 comprend un tuyau d’arrivée 170 du fluide et une partie 171 qui assure la liaison entre le tuyau 170 et une fente, non visible, ménagée dans le stator 14. La partie 171 a la même longueur, sauf qu’elle est tridimensionnelle, que la fente d’introduction du fluide dans le stator 14. La fente est orientée selon l’axe A de la bobine 1. La fente a la même longueur que l’ouverture de la spire 5 de plus grande largeur. En d’autres termes, la longueur de la fente correspond à la longueur L1 de la bobine 1, lorsque celle-ci est dépourvue des caches d’extrémité 6 et 9. Ainsi la partie 171 a globalement une configuration dite en trémie inversée. Une telle forme, de la fente et de la partie 171, assure un débit du fluide identique dans le tuyau 170 et dans la fente, donc lorsqu’il arrive sur le rotor. Avantageusement, la partie 17 est fixée définitivement sur le stator, par exemple par soudage.The openings 15, 16 are adapted to allow the free rotation of the shafts 7 and 12 around the longitudinal axis A, thus the free rotation of the coil 1, while avoiding the exit of the fluid. Advantageously, they are equipped with a seal. Similarly, in order to facilitate regular rotation, they can be equipped with sealed ball bearings. Thus, in the cylindrical stator 14, the rotor, formed by the coil 1 and the two covers 6 and 9, is free to rotate. The fluid, as indicated above, can exit through the conduit 70 formed in the shaft 7. As a variant, not illustrated, the stator has a shape other than cylindrical with a circular base. It may be for example a square-based volume, it being understood that the internal volume of the stator must preferably be of complementary shape to that of the coil 1. The fluid inlet in the turbine T, therefore the passage fluid from outside the stator 14 inside thereof is provided by an input member 17, visible in an embodiment illustrated in Figure 6. The input member 17 comprises a pipe d 170 of the fluid and a portion 171 which provides the connection between the pipe 170 and a slot, not visible, formed in the stator 14. The portion 171 has the same length, except that it is three-dimensional, that the slot of introduction of the fluid into the stator 14. The slot is oriented along the axis A of the coil 1. The slot has the same length as the opening of the turn 5 of greater width. In other words, the length of the slot corresponds to the length L1 of the coil 1, when it is devoid of the end covers 6 and 9. Thus the portion 171 has a generally so-called inverted hopper configuration. Such a shape, the slot and the portion 171, ensures a flow of the same fluid in the pipe 170 and in the slot, so when it arrives on the rotor. Advantageously, the portion 17 is fixed permanently on the stator, for example by welding.

Dans la mesure où le volume mort entre le stator 14 et le rotor 1, 6, 9 est à pression constante, l’entrée du fluide peut être effectuée à n’importe quelle zone du rotor. Ainsi, outre l’entrée latérale telle qu’illustrée, il est possible de prévoir une entrée de fluide au niveau de l’ouverture 16, par exemple, par un manchon entourant l’arbre 12 et débouchant par une extrémité ouverte dans l’ouverture 16 et donc dans le volume mort situé entre le stator et le rotor. En d’autres termes, l’entrée et lé sortie du fluide s’effectuent axialement, par l’intermédiaire des arbres 7 et 12. En variante, l’entrée du fluide peut se faire en tout autre point du stator.Since the dead volume between the stator 14 and the rotor 1, 6, 9 is at constant pressure, the fluid inlet can be carried out at any zone of the rotor. Thus, in addition to the lateral inlet as illustrated, it is possible to provide a fluid inlet at the opening 16, for example, by a sleeve surrounding the shaft 12 and opening through an open end into the opening 16 and thus in the dead volume located between the stator and the rotor. In other words, the inlet and the outlet of the fluid are carried axially, through the shafts 7 and 12. Alternatively, the fluid inlet can be done at any other point of the stator.

On conçoit aisément que la circulation du fluide peut également être effectuée en sens inverse de celui décrit ci-dessus. En d’autres termes, rien ne s’oppose à ce qu’une telle turbine puisse fonctionner dans les deux sens de circulation du fluide, à savoir soit comme décrit soit avec une entrée du fluide par le conduit central 4 et une sortie par l’organe 17. Bien entendu, cela nécessite une libre rotation dans les deux sens de la bobine, sans qu’un blocage d’un sens de rotation soit prévu.It is easy to see that the flow of the fluid can also be carried out in the opposite direction to that described above. In other words, there is nothing to prevent such a turbine from being able to operate in both directions of circulation of the fluid, namely either as described or with a fluid inlet via the central duct 4 and an outlet through the 17. Of course, this requires a free rotation in both directions of the coil, without locking a direction of rotation is provided.

Dans un autre mode de réalisation, un cylindre entoure la bobine et les caches d’extrémité. Ce cylindre est fixé de manière étanche sur les arbres de sortie des caches, étant entendu que cette fixation peut être définitive ou non. Un tel cylindre, de facto solidaire en rotation du rotor, définit un organe ayant la même fonction qu’un stator. On conçoit que cette configuration est également celle rencontrée lorsque la turbine est réalisée avec plusieurs cylindres concentriques : le cylindre extérieur assure, de facto, le rôle de stator.In another embodiment, a cylinder surrounds the coil and the end caps. This cylinder is sealingly attached to the output shafts of the covers, it being understood that this fixing may be final or not. Such a cylinder, de facto integral in rotation with the rotor, defines a member having the same function as a stator. It is understood that this configuration is also that encountered when the turbine is made with several concentric cylinders: the outer cylinder ensures, de facto, the role of stator.

Le fonctionnement de la turbine T est maintenant décrit en référence aux figures 1 à 8. Un fluide est amené sous pression par le tuyau 170 dans la partie 171 et introduit par la fente dans le volume interne du stator 14.The operation of the turbine T is now described with reference to FIGS. 1 to 8. A fluid is brought under pressure by the pipe 170 in the portion 171 and introduced through the slot into the internal volume of the stator 14.

De par la forme de la partie 171,1a pression d’entrée du fluide est identique en tout point de la fente d’introduction. Le fluide se répartit de manière isobare entre la face interne du stator 14 et la face externe 2 de la bobine, le volume mort entre le stator et le rotor étant à pression constante. Comme le conduit central 4 de la bobine est en dépression par rapport à l’extérieur de la bobine 1, donc par rapport à la pression d’introduction du fluide, ce dernier se déplace en direction du conduit central 4, en empruntant les espaces définis par les spires de matière. Du fait de la faible largeur de ces espaces, à savoir inférieure à 2 mm, on induit un frottement important du fluide sur les parois des spires. Ce frottement permet de transformer l’énergie cinétique du fluide en énergie mécanique. Celle-ci est communiquée à la bobine 1 et l’entraîne en rotation autour de son axe longitudinal A,By the shape of the portion 171.1a fluid inlet pressure is identical at any point of the introduction slot. The fluid is isobarically distributed between the inner face of the stator 14 and the outer face 2 of the coil, the dead volume between the stator and the rotor being at constant pressure. As the central duct 4 of the coil is in depression with respect to the outside of the coil 1, so with respect to the fluid introduction pressure, the latter moves towards the central duct 4, by taking the defined spaces by the turns of matter. Because of the small width of these spaces, namely less than 2 mm, it induces a significant friction of the fluid on the walls of the turns. This friction makes it possible to transform the kinetic energy of the fluid into mechanical energy. This is communicated to the coil 1 and drives it in rotation about its longitudinal axis A,

Comme l’espace E5 d’introduction dans la spire est, dans l’exemple, d’une largeur inférieure à celle de la fente, cela provoque une accélération du fluide lors de son entrée dans la bobine 1 et une diminution de sa pression.As the spacing E5 in the turn is, in the example, a width less than that of the slot, this causes an acceleration of the fluid when it enters the coil 1 and a decrease in its pressure.

Lors de son passage entre les spires les plus proches de la face externe 2 de la bobine 1, donc lors du début de la convergence de l’espace entre les spires à partir de l’extérieur de la bobine, le fluide accélère tout en diminuant sa pression et sa température. Plus le fluide se rapproche du conduit 4 et plus la convergence est telle que l’espace entre les spires est de faible largeur, l’espace E3 étant le plus étroit. Les forces de frottement du fluide sur les parois de la bobine entraînent en rotation le rotor. L’accélération du fluide dans la bobine est par ailleurs si forte qu’elle génère également d’importantes forces de frottement qui entraînent le rotor en mouvement.During its passage between the turns closest to the outer face 2 of the coil 1, so at the beginning of the convergence of the space between the turns from the outside of the coil, the fluid accelerates while decreasing its pressure and temperature. The closer the fluid is to the duct 4 and the more the convergence is such that the space between the turns is of small width, the space E3 being the narrowest. The frictional forces of the fluid on the walls of the coil rotate the rotor. The acceleration of the fluid in the coil is also so strong that it also generates significant frictional forces that drive the rotor in motion.

Une fois dans le conduit 4, le fluide est détendu par rapport à sa pression d’entrée. De même, la température du fluide est inférieure à sa température initiale, étant entendu que, dans certaines configurations, cette température peut être négative lorsque la température est exprimée en degrés Celsius.Once in the conduit 4, the fluid is expanded relative to its inlet pressure. Likewise, the temperature of the fluid is lower than its initial temperature, it being understood that, in certain configurations, this temperature may be negative when the temperature is expressed in degrees Celsius.

En sortie de la turbine T, le fluide est donc à une pression et à une température inférieures à celles qu’il avait lors de son entrée dans la turbine T. le fluide est alors évacué, dans un mode réalisation non préféré, vers l’extérieur. Une telle solution implique la réintroduction d’un fluide sous pression par rapport à la pression finale de la turbine.At the outlet of the turbine T, the fluid is therefore at a pressure and at a temperature lower than that which it had when it entered the turbine T. The fluid is then discharged, in a non preferred embodiment, to the outside. Such a solution involves the reintroduction of a fluid under pressure relative to the final pressure of the turbine.

Une autre solution, avantageuse, consiste à utiliser ce fluide dans un circuit fermé et, pour cela, à l’amener, à volume constant, à récupérer de la chaleur, par exemple via un échangeur thermique sur un appareil ou par une source de chaleur externe. Ainsi, le fluide, une fois recomprimé et mis en contact avec la source de chaleur, aura sa pression et sa température qui augmenteront et seront supérieures à celles qu’il avait en sortie de turbine T, le cycle de production d’énergie pouvant alors recommencer.Another advantageous solution is to use this fluid in a closed circuit and, for this purpose, to bring it, at constant volume, to recover heat, for example via a heat exchanger on a device or by a heat source. external. Thus, the fluid, once recompressed and brought into contact with the heat source, will have its pressure and its temperature which will increase and will be greater than those which it had at the exit of turbine T, the cycle of production of energy then being able restart.

La figure 7 illustre schématiquement un tel cycle. La flèche F indique le sens de circulation du fluide dans l’installation. Pour être utilisé en circuit fermé, l’arbre 7, recevant le conduit de sortie 70, est obturé à son extrémité libre 71. Une ouverture latérale 72 est réalisée dans l’arbre 7. Au niveau de cette ouverture un manchon 18 entoure l’arbre 7. Le manchon 18 est pourvu d’orifices assurant le passage de l’arbre 7 et autorisant sa libre rotation, tout en empêchant le fluide de sortir. Ici le manchon 18 est représenté comme étant cylindrique à base circulaire. Il constitue un organe de collecte du fluide en sortie de la turbine T. En variante, il a une autre forme. Le manchon 18 est relié par un conduit 19 à une source de chaleur 20, Cette source de chaleur 20 peut être d’origine diverse, notamment ce peut être une source de chaleur non carbonée.Figure 7 schematically illustrates such a cycle. The arrow F indicates the flow direction of the fluid in the installation. For use in a closed circuit, the shaft 7, receiving the outlet duct 70, is closed at its free end 71. A lateral opening 72 is formed in the shaft 7. At this opening a sleeve 18 surrounds the shaft 7. The sleeve 18 is provided with orifices ensuring the passage of the shaft 7 and allowing its free rotation, while preventing the fluid from coming out. Here the sleeve 18 is shown as being cylindrical with a circular base. It constitutes a fluid collection member at the outlet of the turbine T. In a variant, it has another shape. The sleeve 18 is connected by a conduit 19 to a heat source 20. This heat source 20 may be of various origin, in particular it may be a source of non-carbonaceous heat.

La source de chaleur est reliée au tuyau 170 d’entrée du fluide. Le fluide en sotie de la source de chaleur 20 a une pression et une température supérieures à celles qu’il avait en sortie de turbine T, Le cycle, donc la rotation de la bobine 1 peut se poursuivre.The heat source is connected to the fluid inlet pipe 170. The fluid in heat of the heat source 20 has a pressure and a temperature higher than those which it had at the exit of turbine T, the cycle, therefore the rotation of the coil 1 can continue.

Comme les arbres de la bobine sont, de façon connue, reliés à des génératrices, la rotation de la bobine 1 permet une production d’électricité ou, en variante, l’entrainement en rotation d’un arbre moteur.As the shafts of the coil are, in known manner, connected to generatrices, the rotation of the coil 1 allows an electricity production or, alternatively, the rotational drive of a motor shaft.

Dans la mesure où une telle turbine T peut fonctionner dans une plage de températures, d’entrée et de de sortie, comprises entre -10°C et 800°C, il convient de choisir les matériaux utilisés pour réaliser les différentes pièces en fonction de ces températures ainsi que des pressions. En effet, une telle turbine T peut fonctionner entre 1 bar absolu et 2000 bars absolus, avantageusement entre 1 bar absolu et 500 bars absolus.Since such a turbine T can operate in a range of temperatures, inlet and outlet, between -10 ° C and 800 ° C, it is appropriate to choose the materials used to make the different parts according to these temperatures as well as pressures. Indeed, such a turbine T can operate between 1 bar absolute and 2000 bar absolute, preferably between 1 bar absolute and 500 bar absolute.

La figure 8 illustre un autre mode de réalisation de la turbine. Ici, plusieurs bobines, identiques ou non, sont montées en série. Une telle solution permet de réaliser des turbines de grande longueur en évitant, ou du moins en limitant, le phénomène de vrillage ou de torsion. Pour faciliter la lecture, les stators et les organes d’entrée correspondants ne sont pas illustrés.Figure 8 illustrates another embodiment of the turbine. Here, several coils, identical or not, are mounted in series. Such a solution makes it possible to produce turbines of great length by avoiding, or at least limiting, the phenomenon of kinking or twisting. For ease of reading, the stators and corresponding input members are not illustrated.

La bobine 1D est identique à la bobine 1, son arbre 12D étant plein. Afin d’optimiser la rotation des bobines 1A à 1D, les entrées de fluide de chaque stator recevant une des bobines 1A à 1D sont décalées angulairement. En variante avantageuse, ces entrées sont alignées. Dans tous les cas, il s’agit de faciliter ainsi la mise en rotation de façon synchrone des différentes bobines 1A à 1 D,The coil 1D is identical to the coil 1, its shaft 12D being full. In order to optimize the rotation of the coils 1A to 1D, the fluid inputs of each stator receiving one of the coils 1A to 1D are angularly offset. In an advantageous variant, these inputs are aligned. In any case, it is to facilitate the synchronous rotation of the various coils 1A to 1D synchronously,

La liaison entre les bobines 1A à 1D est assurée de manière à non seulement permettre une circulation optimale du fluide entre les bobines mais également en préservant le caractère démontable de la turbine. Pour cela, comme illustré à la figure 10, la liaison entre deux bobines et effectuée au moyen d’un organe de liaison 21 ou séparateur. Cet organe est un disque plat dont les deux faces 22, 23 sont munis d’un logement de réception 24 d’une extrémité libre d’une bobine 1A à 1D, le logement étant similaire au logement 81 équipant les caches 8, 9. Comme pour les rainures 81, les rainures 24 forment une spirale à pas constant. On conçoit que, la liaison entre l’organe de liaison 21 et les bobines 1A à 1D étant effectuée par complémentarité de formes, les dimensions des rainures 24 sont adaptées à celles des extrémités des bobines. En d’autres termes, si une ou deux bobines 1A à 1D sont pourvues d’une spirale convergente, les rainures 24 forment alors une spirale convergente complémentaire. Un joint d’étanchéité sera placé, si besoin, entre les bobines et le ou les séparateur(s). En variante, les faces 22, 23 du séparateur 21 sont dépourvues de rainures 24. Le séparateur et les extrémités de la bobine sont alors dépourvus de complémentarité de forme et sont assemblés avec un simple joint d’étanchéité.The connection between the coils 1A to 1D is ensured so as not only to allow optimum circulation of the fluid between the coils but also preserving the removable nature of the turbine. For this, as illustrated in Figure 10, the connection between two coils and performed by means of a connecting member 21 or separator. This member is a flat disc whose two faces 22, 23 are provided with a receiving housing 24 of a free end of a coil 1A to 1D, the housing being similar to the housing 81 equipping the covers 8, 9. As for the grooves 81, the grooves 24 form a spiral with a constant pitch. It is conceivable that, the connection between the connecting member 21 and the coils 1A to 1D being made by complementarity of shapes, the dimensions of the grooves 24 are adapted to those of the ends of the coils. In other words, if one or two coils 1A to 1D are provided with a convergent spiral, the grooves 24 then form a complementary convergent spiral. A seal will be placed, if necessary, between the coils and the separator (s). Alternatively, the faces 22, 23 of the separator 21 are devoid of grooves 24. The separator and the ends of the coil are then devoid of complementary shape and are assembled with a single seal.

Afin d’assurer la sortie du fluide et le passage de ce dernier entre les bobines 1A à 1D, le centre 25 de l’organe de liaison 21 est percé d’un orifice traversant assurant le passage du fluide de part et d’autre de l’organe 21, l’orifice ayant les mêmes dimensions que le canal d’écoulement central de la bobine. Il en est de même sur le cache 6, le centre 82 est ouvert et permet de communiquer avec l’intérieur de l’arbre 7.In order to ensure the exit of the fluid and the passage of the latter between the coils 1A to 1D, the center 25 of the connecting member 21 is pierced with a through orifice ensuring the passage of fluid on either side of the the member 21, the orifice having the same dimensions as the central flow channel of the coil. It is the same on the cover 6, the center 82 is open and communicates with the interior of the shaft 7.

Grâce à l’organe de liaison 21, on peut associer, de manière démontable, le nombre de bobines voulu pour former un rotor donné. La liaison s’effectue dans tous les cas de façon étanche, par complémentarité de formes.Thanks to the connecting member 21, it is possible to associate, in a demountable manner, the number of coils required to form a given rotor. The connection is effected in all cases in a sealed manner, by complementarity of shapes.

Lorsque la sortie du fluide est effectuée par l’organe 17, le fonctionnement est similaire à celui décrit ci-dessus.When the fluid outlet is effected by the member 17, the operation is similar to that described above.

Il est également possible, en variante de rendre solidaire le stator, donc l’enveloppe extérieure de la bobine, de celle-ci, par exemple par soudage ou usinage. Dans ce cas, le stator est solidaire en rotation de la bobine.It is also possible alternatively to make the stator, and therefore the outer casing of the coil, integral with it, for example by welding or machining. In this case, the stator is integral in rotation with the coil.

Claims (12)

REVENDICATIONS 1, - Turbine (T) à friction comportant au moins un stator(14) de réception d’un rotor, ledit stator étant pourvu d’au moins une entrée (17) du fluide et une sortie (70) d’un fluide, ledit rotor comprenant au moins une bobine (1 ; 1A à 1D), cylindrique à base circulaire, ouverte aux extrémités (10, 11) et libre en rotation autour d’un axe longitudinal (A), ladite bobine (1 ; 1A à 1D) étant formée de couches de matière enroulée sur elle-même et qui ne se touchent jamais, définissant ainsi au moins une spirale reliant l’entrée (17) et la sortie (70) dudit fluide et formant un canal d’écoulement du fluide, caractérisée en ce que la spire (3) de plus faible diamètre (R3) définit un conduit central (4) de circulation du fluide et en ce qu’elle comprend des caches d’extrémité (8, 9), équipés d’un arbre de rotation (7, 12) dont l’extrémité libre (71) sort du stator (14), chaque cache d’extrémité (6, 9) étant adapté pour maintenir une extrémité (10, 11) de la bobine (1 ; 1A à 1D), et en ce qu’au moins un (8) des caches d’extrémité est équipé d’un arbre de rotation creux (7) définissant un passage (70) du fluide et situé dans le prolongement de la spire (3) de plus petit diamètre (R3).1, - Turbine (T) friction comprising at least one stator (14) for receiving a rotor, said stator being provided with at least one inlet (17) of the fluid and one outlet (70) of a fluid, said rotor comprising at least one coil (1; 1A to 1D), cylindrical with a circular base, open at the ends (10, 11) and free to rotate about a longitudinal axis (A), said coil (1; 1A to 1D ) being formed of layers of material wound on itself and which never touch each other, thereby defining at least one spiral connecting the inlet (17) and the outlet (70) of said fluid and forming a fluid flow channel, characterized in that the smaller diameter coil (3) (R3) defines a central fluid circulation duct (4) and comprises end caps (8, 9) equipped with a shaft of rotation (7, 12) whose free end (71) leaves the stator (14), each end cap (6, 9) being adapted to hold an end 10, 11) of the coil (1; 1A to 1D), and in that at least one (8) of the end caps is provided with a hollow rotation shaft (7) defining a passage (70). ) of the fluid and located in the extension of the turn (3) of smaller diameter (R3). 2, - Turbine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’au moins un des caches d’extrémité (6, 9) est monté de manière amovible sur une des extrémités (10, 11) de la bobine (1 ; 1A à 1 D).2, - turbine according to claim 1, characterized in that at least one of the end caps (6, 9) is removably mounted on one end (10, 11) of the coil (1; 1A to 1 D). 3, - Turbine selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les espaces (E3, E5) entre les spires (3, 5) de matière sont parallèles entre eux sur toute la longueur (L1) de la bobine (1).3, - Turbine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the spaces (E3, E5) between the turns (3, 5) of material are parallel to each other over the entire length (L1) of the coil ( 1). 4,- Turbine selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les espaces (E3, E5) entre les spires (3, 5) de matière ne sont pas parallèles entre eux sur toute la longueur (L1 ) de la bobine (1 ).4, - Turbine according to one of claims 1 or 2, characterized in that the spaces (E3, E5) between the turns (3, 5) of material are not parallel to each other over the entire length (L1) of the coil (1). 5.- Turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (14) est pourvu d’une fente longitudinale d’accès au volume interne dont la longueur est adaptée à la longueur (L1) de la bobine (1), l’entrée (17) du fluide s’effectuant par cette fente et sa sortie (70) par un cache d’extrémité (6).5. Turbine according to one of the preceding claims, characterized in that the stator (14) is provided with a longitudinal slot for access to the internal volume whose length is adapted to the length (L1) of the coil (1). ), the inlet (17) of the fluid being effected by this slot and its outlet (70) by an end cap (6). 6,- Turbine selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le stator (14) est pourvu d’une fente longitudinale d’accès au volume interne dont la longueur est adaptée à la longueur (L1) de la bobine (1), la sortie du fluide s’effectuant par cette fente et son entrée (70) par un cache d’extrémité (6),6, - Turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the stator (14) is provided with a longitudinal slot access to the internal volume whose length is adapted to the length (L1) of the coil (1), the fluid outlet being effected by this slot and its inlet (70) by an end cap (6), 7, - Turbine selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l’entrée et la sortie du fluide s’effectuent par les caches d’extrémités (6, 9),7, - Turbine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the inlet and the outlet of the fluid is effected by the end caps (6, 9), 8. - Turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’un cylindre, formant de facto un stator, entoure la bobine et les caches d’extrémité (6, 9), ledit cylindre étant fixé sur les arbres de sortie (7,12) des caches d’extrémité (6, 9).8. - Turbine according to one of the preceding claims, characterized in that a cylinder, de facto forming a stator, surrounds the coil and the end caps (6, 9), said cylinder being fixed on the output shaft (7, 12) end covers (6, 9). 9. - Turbine selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend plusieurs bobines (1A à 1D) montées en série par aboutement, leurs axes longitudinaux étant confondus.9. - Turbine according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of coils (1A to 1D) connected in series by abutment, their longitudinal axes being merged. 10, - Turbine selon la revendication 9, caractérisée en ce que la liaison entre deux bobines aboutées (1A à1 D) est réalisée par un organe de liaison (21 ) pourvu sur chaque face (22, 23) d’un logement de réception (24) d’une des extrémités des bobines (1Aà1D).10, - Turbine according to claim 9, characterized in that the connection between two butted coils (1A to 1 D) is formed by a connecting member (21) provided on each face (22, 23) of a receiving housing ( 24) of one of the ends of the coils (1A to 1D). 11. - Installation de production d’énergie comprenant au moins une turbine (T) conforme à une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un organe de collecte (18) du fluide en sortie (72) de la turbine (T) relié (19) à une source de chaleur (20) elle-même reliée (170) à l’entrée (17) de la turbine (T).11. - Power generation installation comprising at least one turbine (T) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one collection member (18) of the fluid output (72) of the turbine (T) connected (19) to a heat source (20) itself connected (170) to the inlet (17) of the turbine (T). 12, - Procédé d’utilisation d’une installation conforme à la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes suivantes : - a) introduire le fluide dans la turbine (T) à une pression supérieure à la pression interne de la turbine (T) et à une température donnée, - b) collecter en sortie (72) de turbine (T) le fluide à une pression et à une température inférieures aux pression et température d’entrée, - c) envoyer le fluide collecté à l’étape b) sur une source de chaleur (20) adaptée pour céder de la chaleur, - d) collecter le fluide à l’issue de l’étape c) à une pression et à une température supérieures à celles de l’étape b), - e) réaliser une nouvelle étape a) en dirigeant le fluide obtenu à l’étape d) dans la turbine (T),12, - A method of use of an installation according to claim 11, characterized in that it comprises at least the following steps: - a) introducing the fluid into the turbine (T) at a pressure greater than the internal pressure of the turbine (T) and at a given temperature, b) collecting at the outlet (72) of the turbine (T) the fluid at a pressure and at a temperature below the inlet pressure and temperature, - c) sending the fluid collected in step b) on a heat source (20) adapted to give off heat, - d) collecting the fluid at the end of step c) at a pressure and at a temperature higher than those of step b), e) performing a new step a) directing the fluid obtained in step d) in the turbine (T),
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