Brevet FR2454007A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne un élément de compresseur rotatif volumétrique et un compresseur utilisant cet élément. Dans les ensembles frigorifiques, les pompes à chaleur etc, le prix du compresseur tient une place relativement importante ce qui limite en particulier le développement des pompes àchaleur. L'invention a donc pour but de réaliser un compresseur de construction très simple et économique, et qui par ailleurs est absolument sans fuite, sans passage d'arbre, sans joints ni clapets ni graissage. L'élément de compresseur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit en forme de spirale, l'angle parcourru par le rayon polaire entre l'extrémité externe de la spirale et son extrémité interne étant au moins égal à 31T radians, un deuxième conduit, de section inférieure à la section du premier conduit, également en forme de spirale, situé dans un plan parallèle à celui du premier conduit, son extrémité externe communiquant avec l'extrémité externe du premier conduit, son extrémité interne communiquant avec l'extrémité interne du premier conduit, l'angle parcourru par le rayon polaire entre l'extrémité externe et llextrémité interne du deuxième conduit étant égal à celui du premier conduit mais en sens inverse, le point de jonction des extrémités externes des deux conduits communiquant avec une première capacité débouchant à l'extérieur, et lue point de jonction des extrémités internes des deux conduits communiquant avec une deuxième capacité débouchant à l'extérieur, lesdites capacités étant solidaires desdits conduits. Avantageusement, les conduits et capacités sont constitués par des cavités à l'intérieur d'un bloc de matière, les capacités débouchant à l'extérieur du bloc. Selon une réalisation avantageuse et économique, l'élément de compresseur est réalisé en matière plastique moulée en trois parties distinctes assemblées ensuite. L'invention a aussi pour objet un compresseur rotatif réalisé en introduisant dans les conduits d'un élément de compresseur selon l'invention, un liquide qui, lors de la rotation de 11 élément de compresseur, se partage en plusieurs tronçons formant pistons liquides, les tronçons parcourant en circuit fermé les deux conduits en passant de l'un à l'autre. Avantageusement, le liquide utilisé est du mercure on a en effet avantage à utiliser un liquide de forte densité pour avoir une grande hauteur de refoulement. Pour obtenir une plus grande hauteur de refoulement on peut aussi placer le liquide dans un champ d'accélération supérieur à celui de la gravité, par exemple dans un champ d'accélération centrifuge. A cet effet, une réalisation particulièrement avantageuse de l'invention consiste à placer le compresseur rotatif en satellite autour d'un point fixe par exemple au bout d'un bras animé d'une vitesse de rotation. Une-solution avantageuse consiste à placer plusieurs compresseurs afin d'équilibrer le système, par exemple trois compresseurs à 120 degrés. On va maintenant décrire un exemple non limitatif de mise en oeuvre de l'invention et son mode de fonctionnement en se référant au dessin annexé dans lequel : La figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un compresseur selon l'invention. La figure 2 est une vue en élévation d'un élément de compresseur selon l'invention du côté où les capacités débouchent à l'extérieur. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 2. La figure Il est une coupe selon IV-IV delta figure 2. La figure 5 est une coupe selon V-V de la figure 2. Les figures 6A à 6D montrent le fonctionnement d'un compresseur selon l'invention. La figure 7 montre schématiquement en perspective le montage en satellites de trois compresseurs. Les figures 8 et 9 donnent un exemple d'application. En se reportant maintenant aux figures 1 à 5, l'ensemble est formé d'un bloc 1 en matière plastique moulée. Le moulage est réalisé comme on le voit sur les figures 3, 4 et 5 en trois parties 2, 3 et 4 assemblées. La partie centrale 3 est évidée de deux conduits spiralés d'un tour et demi un premier conduit spiralé 5 partant d'une première capacité 6 périphérique qui débouche à l'extérieur par une ouverture 7 et aboutissant, après une rotation de 3 t radians, dans le sens des aiguilles d'une montre en regardant les figures 1 et 2, à une deuxième capacité 8 plus centrale qui débouche à l'extérieur par une ouverture 9 ; un deuxième conduit spiralé 10 dont la section est le quart de la section du premier conduit 1 partant également de la première capacité 6 pour aboutir aussi à la deuxième capacité 8 après une rotation de 3 t radians mais dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Comme on le voit sur les figures 1, 3, 4 et 5, les conduits 5 et 10 sont situés parallèlement dans des plans voisins.Un moyeu central 11 permet le passage d'un arbre d'entraînement en rotation dans le sens des flèches 12 figure 1. La figure 5 montre la communication des conduits 5 et 10 avec la capacité 6. On voit aussi cette communication sur la figure 1 mais sur celle-ci, le décalage latéral des deux conduits a été exagéré volontairement pour la clarté de la perspective. Pour constituer un compresseur, il suffit d'introduire un liquide dans l'une des ouvertures 7 ou 9, par exemple du mercure. Lors de la rotation dans le sens de la flèche 12 l'axe 13 étant horizontal, le mercure se divise en trois tronçons de quantité égale 14, 15 et 16. Etant donné que le conduit 10 a une section quatre fois moindre que le conduit 5, le tronçon de mercure 16 situé dans le conduit 10 a une longueur quatré fois supérieure aux tronçons 14 et 15 situés dans le conduit 5. L'ouverture 7 constitue un orifice d'aspiration et 11 ouverture 9 un orifice de refoulement. Les flèches 17 dans le conduit 5 de grosse section montrent le parcours du fluide depuis l'aspiration jusqu'au refoulement, et les flèches 18 dans le conduit 10 montre le parcours d'une partie résiduelle du fluide qui est recyclé. En se reportant maintenant aux figures 6A à 6D, on va expliquer le mode de fonctionnement du compresseur selon l'invention. Le compresseur tourne dans le sens des flèches 19, les tronçons de mercure représentés par des zones mouchetées restent en permanence dans la partie basse des conduits grâce à li accélération de la pesanteur. Dans la figure 6A, le fluide à basse pression pénètre dans le conduit 5 par l'ouverture 7 jusqu'à ce que le tronçon 21 bouche l'entrée du conduit 5 en passant comme on le voit sur la figure 6D, du conduit 10 au conduit 5. A ce moment là, une colonne de fluide se trouve emprisonnée dans le conduit 5 entre les tronçons 20 et 21.Au moment correspondant à la figure 6A la colonne de fluide est délimité entre les tronçons 20 et 22 et au cours de la rotation du compresseur dans le sens de la flèche 19 cette colonne diminue de longueur puisqu'elle correspond à un tour complet dont le rayon ne cesse de décroitre, cette colonne de fluide est donc comprimée au cours de son cheminement entre l'entrée 7 et la sortie 9 reliée à la haute pression Sur la figure 6B, le tronçon 22 passe du conduit 5 à grosse section au conduit 10 à faible section, la colonne de fluide sera donc mise en communication avec l'ouverture 9 reliée à la haute pression lorsque, comme on le voit sur la figure 6C, le tronçon 22 sera entièrement situé dans le conduit 10. Alors le tronçon 20 poussera cette colonne de fluide vers la sortie 9. Il est à remarquer que la partie de la conduite 10 située entre le tronçon 22 et ltouverture 9 est aussi à la haute pression mais comme ce conduit a une section inférieure à celui du conduit 5 dans le rapport de un à quatre, dans l'exemple décrit, il pénètrera trois fois plus de fluide vers la haute pression qu'il n'en pénètrera dans le conduit 10. Cependant entre le moment ou le tronçon 22 a totalement quitté le conduit 5 et le moment où il est totalement formé dans 10, le conduit 5 est alors déjà en communication avec la sortie 9, le refoulement ne se fait alors que par cette sortie, Cette colonne fluide située dans le conduit 10 se détendra dans son parcours depuis l'ouverture 9 vers l'ouverture 7 où elle sera alors recyclé dans le conduit 5. On comprime donc le gaz dans le conduit 5 et on le détend dans le conduit 10 mais dans une proportion supérieure à quatre à un. Le taux de compression est lié au rapport des volumes entre tronçons de mercure successifs dans le conduit 5, entre l'entrée et la sortie. La hauteur de refoulement maximale étant liée à la longueur des tronçons, à la densité du liquide utilisé, à l'intensité du champ d'accélération, au nombre de tronçons. Le débit est lié aux volumes des conduit 5 et à la vitesse de rotation du compresseur. Afin d'augmenter la hauteur de refoulement, on peut soumettre les tronçons liquide à une accélération centrifuge. Ainsi, la figure 7 montre trois compresseurs 23, 24 et 25 montés aux extrémités de bras tournants dont deux, 26 et 27 sont visibles sur la figure. Ces bras sont solidaires d'un arbre 28 entraîné en rotation. Un pignon fixe 29 entraîne les compresseurs en rotation. A titre d'exemple, on peut avoir trois compresseurs de seize centimètres de diamètres montés au bout de bras de douze centimètres, les bras tournant à une vitesse N1 = 600t/mn et les compresseurs à une vitesse de N2 = 120 t/mn. Les sections des conduits sont par exemple de 3 x 12 mm pour le gros conduit et de 3 x 3 mm pour le petit conduit. Avec l'exemple donné, on obtient une accélération centrifuge X quatre vingt fois supérieure à l'accélération de la pesanteur g, ce qui permet d'augmenter dans le même rapport la hauteur maximale de refoulement. On peut aussi, bien entendu, dans un même élément de compresseur avoir plusieurs conduits spiralés par exemple n (n de grosse section et n de petite section) dont les entrées et sorties sont décalées circonférentiellement de 21r . n Le compresseur selon l'invention présente de nombreux avantages, il est en effet totalement étanche, sans usinage, sans clapets, sans graissage, à rotation continue. L'ouverture 7 peut aspirer à l'air libre ou dans une enceinte à basse pression tournant avec le compresseur ou reliée à l'ouverture 7 par l'intermédiaire de joints tournants. De meme l'ouverture à haute pression 9 est reliée à une enceinte à haute pression soit tournante soit par l'intermédiaire d'une conduite et de joints tournants. On peut ainsi réaliser un dispositif entièrement tournant solidaire de la rotation du ou des compresseurs. Une application particulièrement intéressante consiste dans la réalisation d'un circuit de pompe à chaleur dans lequel l'évaporateur et le condenseur tournent avec le compresseur. La figure 8 et 9 représentent schématiquement une telle application La sortie 9 du compresseur 1 est reliée à l'entrée 30 d'un condenseur 31, la sortie 32 du co ndenseur est reliée à l'entrée 33 d'un évaporateur 34 et la sortie 35 de l'évaporateur 34 est reliée à l'aspiration 7 du compresseur 1, le condenseur 31 est relié à l'évaporateur 34 par l'intermédiaire d'un simple capillaire 38 faisant fonction de détendeur. L'ensemble tourne à la vitesse de rotation du compresseur 1. Les différentes tuyauteries de jonction sont totalement étanches, sans joints tournants. Une cloison 39 perpendiculaire à l'axe de rotation sépare cet ensemble en deux compartiments isolant l'évaporateur 34 d'une part de l'ensemble condenseur 31 compresseur 1 d'autre part et délimite ainsi deux zones de circulation pouvant être parcourrues par deux fluides différents par exemple de l'air à réchauffer représenté par les flèches 40 et de l'air à refroidir représenté par les flèches 41 La mise en mouvement des deux fluides est assuré par deux ventilateurs 42 et 43 calés sur l'arbre de l'ensemble. Dans le cas de plusieurs ensembles placés en satellites, on place en outre, en plus des cloisons individuelles 39 une cloison 44 (fig.9) qui tourne à la vitesse d'entraînement de l'ensemble par l'arbre 28 (fig.7). Dans ce cas, les ventilateurs 42 et 43 sont également calés sur cet arbre central. REVENDICATIONS 1. Elément de compresseur rotatif volumétrique caractérisé en ce qu'il comporte un premier conduit en forme de spirale, l'angle parcourru par le rayon polaire entre l'extrémité externe de la spirale et son extrémité interne étant au moins égale à 3Sr radians, un deuxième conduit de section inférieure à la section du premier conduit également en forme de spirale situé dans un plan parallèle à celui du premier conduit, son extrémité externe communiquant avec l'extrémité externe du premier conduit, son extrémité interne communiquant avec l'extrémité interne du premier conduit, l'angle parcourru par le rayon polaire entre l'extrémité externe et l'extrémité interne du deuxième conduit étant égal à celui du premier conduit, mais en sens inverse, le point de jonction des extrémité: externes des deux conduits communiquant avec une première capacité débouchant à l'extérieur et le point de jonction des extrémités interne des deux conduits communiquant avec un deuxième capacité débouchant à l'extérieur, lesdites capacités étant solidaires desdits conduits. 2. Elément de compresseur rotatif volumétrique selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits conduits et lesdites capacités sont constitués par des cavités à l'intérieur d'un bloc de matière., débouchant à l'extérieur à l'endroit des deux capacités. 3. Elément de compresseur rotatif volumétrique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé en matière plastique moulée en trois parties, ensuite assemblées. 4. Compresseur rotatif volumétrique caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins un élément de compresseur selon l'une des revendications 1 à 3 dans les conduits duquel a été placé une certaine quantité de liquide qui en fonctionnent se partage en plusieurs tronçons et jouent le rôle de pistons liquides. 5. Compresser rotatif volumétrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le ou lesdits éléments de compresseurs sont montés en satellites autour d'un point fixe. 6. Compresseur rotatif volumétrique selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que ledit liquide est du mercure. 7. Pompe à chaleur caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un compresseur selon l'une des revendications Il à 6 et des évaporateurs et condenseurs tournants avec le ou les compresseurs, des cloisons tournantes étant prévues pour séparer les évaporateurs des condenseurs.