La présente invention a pour objet un moteur thermique.
Dans les moteurs thermiques connus, le travail mécanique est en général fourni par l'action d'un fluide sur des organes mécaniques, tels que pistons ou aubes.
Ces moteurs présentent l'un ou plusieurs des inconvénients suivants: bruit, absence de couple au démarrage, variations du couple cycliques, exigence d'une vitesse de rotation minimum, vibrations, complexité mécanique, joints mobiles d'étanchéité, surfaces frottantes, masses soumises à des mouvements alternatifs, services auxiliaires complexes, exigence de combustibles particuliers, pollution atmosphérique.
D'autres types de moteurs thermiques ont aussi été proposés, dans lesquels le travail mécanique est fourni par la dilatation et la contraction thermiques alternatives de matériaux solides que le mouvement du moteur expose cycliquement aux sources chaudes et froides. Voir par exemple les brevets suivants: France: N" 854030 du 2.1.1940; France: N" 1454438 du 29.8.1966; USA: N" 2255943 du 12.12.1938.
Dans tous ces moteurs proposés, les matériaux solides sont constitués par des bandes, des bilames, des empilages de nombreux éléments thermosensibles, en sorte que le mouvement mécanique utilisable est finalement obtenu par des mécanismes complexes, encombrants et chers, constitués par au moins deux éléments mobiles, en plus des éléments thermosensibles, tels que des poulies, des arbres convergents, des organes d'embiellage, des excentriques, etc.
L'invention a pour objet un moteur thermique à éléments so
lides qui obvie aux inconvénients mentionnés par le fait qu'un
seul et unique élément solide thermosensible constitue son rotor,
sous forme d'un corps cylindrique contraint par ses liaisons à
prendre une forme cintrée dans le domaine élastique.
Il en découle un moteur très simple, bon marché, fiable, dura
ble, auto démarreur, et dont les nuisances à l'environnement, bruit
et pollution, sont minimisées.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple et schématique
ment, une forme d'exécution du moteur thermique, objet de l'in
vention.
La fig. 1 en est une vue en coupe longitudinale, et la fig. 2 une vue en coupe transversale.
En référence aux figures, un tube 1 à paroi mince en acier in
oxydable est monté par chacune de ses extrémités sur une paire de
roulements à billes 2 et 3, respectivement 4 et 5, dont une seule
bloque axialement le tube, de manière à assurer une courbure
plane constante dans sa limite élastique; il est prévu, lorsque les
dimensions du tube le justifient, de remplir celui-ci de laine de verre ou d'un autre isolant thermique souple, afin de diminuer les
échanges thermiques diamétraux.
Un carter 6 entoure le tube 1, supporte les roulements 2 à 5 et
comporte une entrée d'air frais 7 et une sortie de gaz brûlés 8. Le
carter comporte en outre, approximativement dans le plan de la
courbure, deux membrures diamétralement opposées 9 et 10, dont
un bord est placé à faible distance du tube 1, formant ainsi deux
espaces 11 et 12, respectivement source chaude et source froide.
Une lignée de brûleurs 13 parallèle au tube I est alimentée par
la tuyauterie 14 et le réservoir 15 contenant un gaz combustible
comprimé liquéfié, à travers la vanne de réglage 16.
Si aucune différence de température n'existe entre les es
paces 11 et 12, la position angulaire du tube 1 autour de son axe
est indifférente et aucun couple n'est nécessaire pour le faire tour
ner, hormis celui dû aux frottements des roulements.
Lorsque les brûleurs 13 sont allumés, la moitié du tube qui
plonge dans l'espace 1 1 s'échauffe, aussi bien par l'action directe
des flammes que par la circulation de l'air brûlant, alors que la
moitié opposée du tube qui plonge dans l'espace 12 se refroidit
par la circulation de l'air frais qui entre par l'ouverture 7, se préchauffe en refroidissant le tube, combure les gaz sortant des brûleurs, et sort par l'ouverture 8 en établissant le tirage.
La différence de température entre les deux moitiés du tube
crée une dissymétrie des allongements des génératrices du tube et
par conséquent une dissymétrie des forces correspondantes.
Un couple moteur prend alors naissance, car chaque généra
trice tend à imprimer au tube 1 la position angulaire qui rend mi
nimum son énergie potentielle; en raison de la courbure du tube, celui-ci tournera dans le sens indiqué par la flèche.
Pour tenir compte du temps d'établissement des températures
optimales du tube et des retards dus aux hystérèses mécaniques
pendant sa rotation, il est prévu de donner au plan des mem
brures 9 et 10 un angle d'avance adéquat par rapport au plan de
la courbure du tube 1. dans le sens contraire au sens de rotation donné par la flèche.
Par raison de clarté, cet angle n'est pas représenté sur le dessin.
Il est évident que d'autres formes d'exécution peuvent être facilement conçues, notamment relatives au mode de chauffage et de refroidissement du matériau solide actif.
La source chaude n'exige pas un mode particulier de chauffage, ni un combustible particulier: des brûleurs à mazout ou à gaz, à action directe ou par l'intermédiaire d'air chauffé, des combustibles liquides ou gazeux non raffinés peuvent par exemple convenir, ainsi qu'un chauffage par rayonnement et un chauffage électrique.
La source froide pourrait être activée par ventilation de même que par mouillage ou pulvérisation d'un fluide, de l'eau par exemple, d'un comburant ou du combustible lui-même, dont la carburation serait de ce fait facilitée; dans ce dernier cas, un filet antiflamme pourrait empêcher que la flamme ne se propage de l'espace chaud à l'espace froid; les brûleurs pourraient alors être sup- primés.
En disposant de sources chaudes et froides bien localisées autour du tube, le carter et les membrures mentionnés peuvent être supprimés. Le sens de rotation et l'angle d'avance seront alors définis par la position relative entre les sources thermiques et le plan de la courbure du tube.
Ladite localisation des sources peut par exemple être obtenue, pour la source froide, par contact roulant contre le tube d'une large courroie souple à boucle fermée, qui passe dans de l'eau de refroidissement; pour la source chaude, par des flammes concentrées ainsi que par focalisation optique d'un rayonnement infrarouge.
La courbure du tube pourrait aussi être obtenue par exemple par un seul roulement à rotule à chaque extrémité du tube et un volant fixé sur le tube à l'extérieur de chaque roulement avec un certain porte-à-faux de manière que le poids des volants fournisse, en rapport avec la valeur du porte-à-faux, le couple de flexion du tube.
De même, en considérant les volants, même sans poids, remplissant le rôle des roues d'un essieu moteur d'un mobile, le poids du mobile agissant sur les roulements fournit, en rapport avec la réaction d'appuis des roues et la valeur du porte-à-faux, le couple de flexion du tube.
Il est évident que la courbure du tube peut être obtenue en général par l'application, de manière adéquate, de forces de toute nature: mécaniques (les roulements), pondérales (les volants) ou encore magnétiques, hydrauliques, pneumatiques (coussinets spéciaux), etc.
Le moteur décrit est d'application générale, et, en raison de ses caractéristiques propres, certaines applications paraissent particulièrement indiquées.
Ainsi, par exemple, en raison de sa simplicité et de son faible coût, il pourrait équiper avantageusement de nombreux jouets mécaniques.
Il pourrait aussi être utilisé dans toutes sortes d'appareils, notamment des ventilateurs d'ambiance, dans des pays chauds pau vres en installations électriques de distribution, mais riches en combustibles.
Il pourrait en outre, en faisant appel au chauffage électrique pour son fonctionnement, être utilisé pour l'entraînement des ventilateurs d'activation de certains radiateurs électriques, la dissipation de chaleur étant en pareil cas l'effet principal désiré.
On pourrait encore faire appel au chauffage par rayonnement solaire, direct ou focalisé par un système optique, d'un côté du rotor, et au refroidissement du côté opposé, dans l'ombre, par son propre rayonnement.
Dans ce cas, le moteur pourrait être réduit à un simple tube noir cintré par son montage sur des roulements à billes, et convenir notamment à des applications de technique spatiale ainsi qu'à des applications diverses dans des régions désertiques à fort ensoleillement.
Le moteur conviendrait aussi à l'entraînement d'appareils tourne-broche, le foyer même de rôtissage étant la source chaude.
The present invention relates to a heat engine.
In known heat engines, the mechanical work is generally provided by the action of a fluid on mechanical components, such as pistons or vanes.
These motors have one or more of the following drawbacks: noise, lack of starting torque, cyclic torque variations, minimum rotational speed requirement, vibrations, mechanical complexity, movable seals, friction surfaces, subject masses to reciprocating movements, complex auxiliary services, requirement of particular fuels, atmospheric pollution.
Other types of thermal engines have also been proposed, in which the mechanical work is provided by the alternating thermal expansion and contraction of solid materials which the movement of the engine cyclically exposes to hot and cold sources. See for example the following patents: France: N "854030 of 2.1.1940; France: N" 1454438 of 08.29.1966; USA: N "2255943 of 12.12.1938.
In all of these proposed motors, the solid materials are constituted by bands, bimetallic strips, stacks of numerous heat-sensitive elements, so that the usable mechanical movement is finally obtained by complex, bulky and expensive mechanisms, made up of at least two elements. mobile, in addition to thermosensitive elements, such as pulleys, converging shafts, crankshafts, eccentrics, etc.
The invention relates to a heat engine with elements so
ide which obviates the drawbacks mentioned by the fact that a
one and only thermosensitive solid element constitutes its rotor,
in the form of a cylindrical body constrained by its connections to
take a curved shape in the elastic domain.
The result is a very simple, inexpensive, reliable, durable engine.
ble, self-starter, and whose environmental pollution, noise
and pollution, are minimized.
The appended drawing represents, by way of example and diagrammatically
ment, an embodiment of the heat engine, subject of the in
vention.
Fig. 1 is a view in longitudinal section, and FIG. 2 is a cross-sectional view.
With reference to the figures, a thin-walled steel tube 1 in
stainless steel is mounted at each of its ends on a pair of
ball bearings 2 and 3, 4 and 5 respectively, only one of which
axially blocks the tube, so as to ensure a curvature
plane constant in its elastic limit; it is expected, when the
dimensions of the tube justify it, to fill it with glass wool or another flexible thermal insulation, in order to reduce
diametrical heat exchanges.
A housing 6 surrounds tube 1, supports bearings 2 to 5 and
has a fresh air inlet 7 and a burnt gas outlet 8. The
housing furthermore comprises, approximately in the plane of the
curvature, two diametrically opposed members 9 and 10, of which
an edge is placed at a short distance from the tube 1, thus forming two
spaces 11 and 12, respectively hot source and cold source.
A line of burners 13 parallel to tube I is supplied by
the piping 14 and the tank 15 containing a combustible gas
liquefied tablet, through the adjustment valve 16.
If no temperature difference exists between the es
paces 11 and 12, the angular position of tube 1 around its axis
is indifferent and no torque is needed to make it turn
ner, except that due to bearing friction.
When the burners 13 are lit, the half of the tube which
dives into space 1 1 heats up, both by direct action
flames only by the circulation of hot air, while the
opposite half of the tube which plunges into space 12 cools
by the circulation of the fresh air which enters through the opening 7, is preheated by cooling the tube, combures the gases leaving the burners, and leaves through the opening 8, establishing the draft.
The temperature difference between the two halves of the tube
creates an asymmetry of the elongations of the generatrices of the tube and
consequently an asymmetry of the corresponding forces.
An engine torque is then born, because each generation
trice tends to impart to tube 1 the angular position which makes mid
minimum its potential energy; due to the curvature of the tube, it will rotate in the direction indicated by the arrow.
To take into account the temperature establishment time
optimal tube performance and delays due to mechanical hysteresis
during its rotation, it is planned to give the plane mem
gouges 9 and 10 an adequate advance angle with respect to the plane of
the curvature of the tube 1. in the opposite direction to the direction of rotation given by the arrow.
For reasons of clarity, this angle is not shown in the drawing.
It is obvious that other embodiments can be easily designed, in particular relating to the heating and cooling mode of the active solid material.
The hot source does not require a particular method of heating, nor a particular fuel: oil or gas burners, direct action or via heated air, unrefined liquid or gaseous fuels may for example be suitable. , as well as radiant heating and electric heating.
The cold source could be activated by ventilation as well as by wetting or spraying a fluid, for example water, an oxidizer or the fuel itself, the carburization of which would thereby be facilitated; in the latter case, an anti-flame net could prevent the flame from spreading from the hot space to the cold space; the burners could then be suppressed.
By having well located hot and cold sources around the tube, the mentioned casing and members can be eliminated. The direction of rotation and the angle of advance will then be defined by the relative position between the heat sources and the plane of the curvature of the tube.
Said location of the sources can for example be obtained, for the cold source, by rolling contact against the tube of a wide flexible closed loop belt, which passes through cooling water; for the hot source, by concentrated flames as well as by optical focusing of infrared radiation.
The curvature of the tube could also be obtained for example by a single spherical bearing at each end of the tube and a flywheel attached to the tube outside each bearing with a certain overhang so that the weight of the flywheels provides, in relation to the value of the overhang, the bending torque of the tube.
Likewise, considering the flywheels, even without weight, fulfilling the role of the wheels of a driving axle of a mobile, the weight of the mobile acting on the bearings provides, in relation to the support reaction of the wheels and the value of the overhang, the bending torque of the tube.
It is obvious that the curvature of the tube can be obtained in general by the application, in an adequate manner, of forces of any kind: mechanical (the bearings), weight (the flywheels) or even magnetic, hydraulic, pneumatic (special bearings) , etc.
The motor described is of general application, and, because of its specific characteristics, certain applications appear to be particularly suitable.
Thus, for example, because of its simplicity and its low cost, it could advantageously equip many mechanical toys.
It could also be used in all kinds of devices, including room fans, in hot countries poor in electrical distribution installations, but rich in fuels.
It could also, by using electric heating for its operation, be used for driving the activation fans of certain electric heaters, heat dissipation being in such a case the main desired effect.
It would also be possible to use heating by solar radiation, direct or focused by an optical system, on one side of the rotor, and cooling on the opposite side, in the shade, by its own radiation.
In this case, the motor could be reduced to a simple black tube bent by its mounting on ball bearings, and be suitable in particular for applications in space technology as well as for various applications in desert regions with strong sunlight.
The motor would also be suitable for driving rotisserie devices, the actual roasting hearth being the hot source.