Brevet FR2593857A1 — publié le 19870807

DESCRIPTION Pompe réversible à deux rotors en forme de spirale à rotation inverse dans un carter bicylindrique. Théoriquement cette pompe peut remplacer de nombreuses pompes actuelles tant à gaz que liquide. Son domaine d'application peut s'étendre à celui de la médecine, des moteurs à explosion, des turbines, des compresseurs et des pompes à chaleur. Actuellement il existe de nombreux modèles de pompe, mais celle ci est caractérisée par une extrême simplicit8, ne mettant en jeu que deux mouvements rotatifs. Cette pompe est constituée de deux rotors en forme de spirale tournant en sens inverse dans un farter comportant deux volumes parfaitement cylindriques ( fig t ), c'est pour cela que l'on peut la dénommer pompe contrarotative. Les deux rotors sont entraSnés par un engrenage extérieur au carter. Cet engrenage est constitué de deux pignons identiques tournant en sens inverse. L'entrainement moteur de cet engrenage se fait directement sur l'axe de l'un des deux pignons. La forme des deux rotors est étudiée de telle sorte que lors de leur rotation inverse ils évoluent toujours tangentiellement entre eux, de même que leur bord externe reste toujours tangent à la périphérie du carter. I1 est à signaler qu'au niveau des 300 premiers degrés de la spirale la forme peut être différente du moment qu'il y ait complémentarité entre les deux rotors de telle sorte qu'ils évoluent toujours tangentiellement(fig 8). Avec des pièces au centième de millimétre une bonne étanchéité est assurée. Deux ouvertures sont créées dans le carter l'une pour l'aspiration, l'autre pour le refulement. Dans la position 0 les rotors les ferment. Partant de zéro degré de rotation, la rotation inverse des deux rotors crée une chambre d'aspiration en A (fig 2) qui de nulle au départ passe par un volume maximum à 360 degrés, tandis que simultanément la chambre de refoulement en B, maximale à O degré se vide complétement à 3600. Ainsi le fonctionnement est assuré lors de la rotation des rotors qui créent simultanément dans les volumes qu'ils engendrent une aspiration et un refoulement. Le volume utile (aspiré ou refoulé) correspond au volume du carter dont on soustrait le volume des deux rotors, soit un volume important eu égard à l'encombrement ext0rieur de la pompe. A signaler d'autre part que cette pompe contrarotative peut fonctionner à un régime de rotation lent ou rapide. Les domaines d'application de cette pompe contrarotative sont vastes. Elle peut tout d'abord faire le même usage que de nombreuses pompes classiques utilisées actuellement. I1 est cependant d'autres domaines où pourrait s'étendre son champ d'application. En premier lieu il s'agirait du domaine de la médecine, en second lieu celui des moteurs à explosion, en troisième les turbines, en quatrième lieu les compresseurs et en cinquième lieu les pompes à chaleur. A. Dans le domaine de la médecine,la pompe contrarotative apparait plus simple et surtout plus perfornante que les coenrsrartificiels actuels et notammert, celui qui reprend le principe du moteur wankel. Pour la réaiisationsil suffit d'accoupler deux pompes contrarotatives l'une pour le ventricule gauche, l'autre pour le ventricule droit, l'ensemble étant entraîné par un moteur électrique. B. Dans le domaine des moteurs à explosion, on peut trés bien imaginer adapter cette pompe contrarotative au cycle à 4 temps. I1 vaudrait accoupler deux pompes contrarotatives, la première réalisant simultanement les phases d'admission compression et la deuxième les phases explosion détente échappement. La chambre de compression de la première pompe communiquerait avec la chambre d'aspiration de la deuxième par un canal de transfert comportant un clapet anti retour. Les deux pompes seraient décalées de 60 degrés de telle sorte que la phase compression de la première pompe serait à 60 degrés avant sa fin pour transférer ses gaz comprimés dans la deuxième pompe qui serait à O degré. Soixante degrés plus tard (ou avec une avance) une etincelle jaillirait faisant détonner le mélange et provoquer la rotation des deux rotors. On peut imaginer également que le premier étage admission com pression ne fonctionne qu'avec de l'airs et que lors du transfert de cet air comprimé, il y ait injectIon. D'autre part,l'étage admission compression pourrait être d'un volume supérieur, jouant ainsi le rôle d'un turbocompresseur. En analysant le cycle, on remarque que le temps moteur est de 300 degrés par tour, ce qui laisserait augurer d'une bonne régularité et d'un excellent couple. Evidemment, comme dans le moteur Wankel, le gros problème est celui de l'étanchéité. Kais dans un Wankel chacune des trois faces du piston rotatif est à un temps différent: première face en admission (donc en dépression),deuxième en explosion détentewtroisième en échappement, alors que dans le cotrarotatif au niveau de l'étage transfert explosion détente échappement, il n'existe aucune dépression et que même il y règne partout une pression, ce qui devrait limiter les fuites. D'autre part,le mouvement contrarotatif lui,même s'oppose aux fuites, au niveau des mouvements tangents entre les deux rotors et entre les rotors et le carter. Par ailleurs, les progrés dans le domaine des huiles ou additifs ou céramiques permettront peut être de résoudre les problèmes d'étanchéité. On peut également faire d'autres comparaisons entre le Wankel et le contrarotatif: -sur le Wankel pour un tour d'arbre moteur, le piston rotatif effectue en fait 1/3 de tour et donc une seule explosion, ce qui correspond finalement à 80 degrés de temps moteur. Dans le contrarotatif, le temps moteur pour un tour d'arbre est de 300 degrés soit 3,75 fois supérieur.(Dans le moteur 4 temps classique,il est de 900). -en fait sur le Wankel > le mouvement est alternorotatif (chaque face du piston rotatif se rapproche puis s'éloigne des parois de l'épitrochoide), alors que dans le contrarotatif, il n'existe que des mouvements rotatifs. Voilà pour le chapitre moteur pour lequel on peut encore signaler qu'il peut être alimenter au gaz ou au fioul. C. Cette pompe contrarotative peut également réagir comme une turbine. Il suffit pour cela d'introduire l'eau sous pression dans la lumière A. Cette turbine peut être à rotation lente, le mouvement étant ensuite multiplié par un engrenage. D. P.éaliser un compresseur ne pose aucune difficulté. il suffit d' adapter un clapet anti,retour à la lumière B, pour que la pression monte dans un volume fermé situé en aval. E. Pour la pompe à chaleurole compresseur et le moteur (gaz ou fioul)peuvent être contrarotatifs. De plus les calories du moteur peuvent être récupérées pour le circuit de chauffage. F. En fait, tous les domaines où sont utilisées pompes ou compresseurs peuvent être intéressés par cette pompe contrarotative. REVENDICATIONS 1) Pompe à gaz ou à liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte un catterfig1) constitué de deux volumes cylindriques communiquant entre eux et qui contiennent chacun un rotor en forme de spirale. Chaque rotor comporte un axe traversant les flancs du carter et qui est relié à un pignon. Les pignons s'engrênent entre eux (fig7).et le mouvement moteur communiqué à l'un d'eux entraîne la rotation inverse des deux rotors. Le carter comporte deux ouvertures sur le flanc opposé aux pignons, l'une d'aspiration et l'autre de refoulement. En position 00, les deux ouvertures sont fermées par les rotors. La pompe est entièrement réversible par simple inversion du sens de rotation. 2) Pompe à gaz ou à liquide selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte deux rotors en forme de spirale (fig 1) qui lors de leur rotation inverse évoluent toujours tangentiellement entre eux et tangentiellement au bord interne du carter. il est à signaler qu'au niveau des 300 premiers degrés de la spirale la forme peut être différente du moment qu'il y ait complémentari té entre les deux rotors de telle sorte qu'ils évoluent toujours tangentiellement (fig 8). Avec des pièces au centième de millimètre une bonne étanchéité est assurée. Le fait que les rotors restent tangents entre eux et tangents au bord intérieur du carter élimine tout frottement interne et donc toute usure interne. 3) Pompe à gaz ou à liquide selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que la rotation inverse des deux rotors crée une chambre d'aspiration en A (fig 2) qui de nulle à O0 passe par un volume maximum à 3600, tandis que simultanement la chambre de refoulement en B maximale à O se vide complètement à 3600. Ainsi le fonctionnement est assuré lors de la rotation des rotors qui créent simultanément dans les volumes qu'ils engendrent une aspiration et un refoulement. 4) Pompe selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle peut être utilisée pour la réalisation d'un moteur à 4 temps en accouplant deux pompes, la première réalisant simultanément les phases d'admission compression et ladeuxième les phases explosion détente échappement. La chambre de compression de la première pompe communique avec la chambre d'explosion de la deuxième par un canal de transfert comportant un clapet anti retour. Les deux pompes sont décalés de 600 de telle sorte que la phase compression de la première pompe soit à 609 avant sa fin pour transférer ses gaz comprimés dans la deuxième pompe qui est à C . Soixante degré plus tard ( ou avec une avance) une étincelle jaillit faisant exploser le mélange et provoquer la rotation des deux pompes. Cette pompe peut être utilisée également pour la réalisation - d'un compresseur en ajoutant un clapet anti retour à la lumière de refoulement. - d'une turbine à gaz ou à liquide en introduisant la pression par la lumière d'aspiration. - d'une pompe à chaleur tant dans la partie moteur que dans la partie compresseur. - d' un coeur artificiel en accouplant deux pompes contrarotatives l'une pour le ventricule gauche, l'autre pour le ventricule droit, l'ensemble étant entraîné par un moteur électrique.