Brevet FR2964142A1 — publié le 20120302

La présente invention concerne le perfectionnement des moteurs ou des pompes à palettes rotatives dont la structure actuelle présente des inconvénients majeurs lorsque ces types de moteurs sont utilisés en récupérateur d'énergie motrice utilisant des fluides, ou des gaz faiblement pressurisés. La plupart de ces moteurs à palettes comportent un axe rotor équipé de palettes mobiles radialement, inséré dans une chambre de corps cylindrique et désaxé par rapport au centre de celui-ci, en sorte qu'il délimite un volume actif de chambre en forme de croissant compris entre la surface interne du corps du moteur et la périphérie de la surface externe du rotor et entre l'orifice d'entrée et l'orifice de sortie des fluides moteur. Le volume actif de la chambre est défini surtout par la différence des diamètres mis en jeu et de leur désaxage. Le rayon du rotor, ne pouvant être que largement plus grand que la longueur des logements radiaux où coulissent les palettes rayonnantes, compte tenu du, ou des systèmes faisant coulisser les palettes qu'ils soient à ressorts, ou à compression, à l'aide du fluide moteur. Dans tous les cas la variation de translation des palettes est faible par rapport au rayon du cylindre du moteur et du rayon du rotor. Le système utilisant la force centrifuge du moteur pour appliquer les palettes contre la paroi du cylindre moteur est plus intéressant, car il contribue moins a augmenter le diamètre du rotor, mais présente l'inconvénient majeur de ne pas être efficace en étanchéité, car les 30 palettes à faible vitesse de rotation ou à faible pression des fluides moteur, ne s'appliquent pas correctement contre la parois du cylindre, d'où un démarrage difficile, voir impossible, seul, à faibles pressions des fluides. 20 25 Pour que le rapport concernant les volumes mis en jeu et énergie récupérée soient le plus efficace possible, la différence entre le diamètre du cylindre du moteur, et la dimension à l'apogée de la chambre comprise entre la paroi interne du cylindre du moteur et la périphérie de son rotor interne, devrait tendre, le plus possible vers 1/2. C'est pour cette raison que certaines conformités de moteurs à palettes utilisent un double rotor ; c'est-à-dire un autre rotor, que j'appellerai « tambour », enveloppant de manière désaxée, le premier rotor qui dans ce cas est axial au cylindre moteur et de diamètre plus petit et donc d'un rapport plus intéressant. Ce rotor central peut alors être utilisé, pour l'appui, le talonnage ou la retenue radiale des palettes. Le dit tambour comprenant des lumières pour le passage et le glissement des palettes doit pour cette conformité, être assez épais ce qui est gênant pour améliorer le rapport de volume actif. Dans la conformité de ces moteurs, en fonction de la position de rotation du dit tambour la longueur de l'arc entre chaque palette dépend de sa distance ou profondeur angulaire; or la dimension entre les lumières pour le passage des palettes à travers le tambour est fixe, il est alors nécessaire que ce soit le « pas » c'est-à-dire la distance entre chaque palette qui varie de manière périphérique et angulaire. De ce fait ces types de systèmes utilisent de palettes complètement mobiles et libres en position rotative et en variation angulaire. Cela implique des difficultés de guidages dans les rainures circulaires, des frottements avec des appuis en porte-à-faux, dans les coulisses des lumières du dit tambour, ce qui provoque des usures intempestives avec un risque de grippage par coincement des palettes d'où un manque d'efficacité. 5 10 Pour compenser ces inconvénients un graissage permanent des éléments et l'élaboration de tambours épais (voir très épais et lourds), afin d'avoir des coulisses de palettes avec un maintient et une portance suffisante pour les frottements cela diminue malheureusement les rapports de volume efficace de la chambre, pour la récupération d'énergie motrice. Ces différents systèmes sont beaucoup utilisés et décrits dans les publications de brevets par exemple : EP1118773, EP0058456, EP1001172, EP0068354, FR2906843, EP0230054...etc. L'objectif de la présente invention est la récupération ou la transformation de l'énergie motrice d'un fluide ou d'un gaz faiblement pressurisé à l'aide d'un 15 moteur à palettes présentant une différence la plus importante possible entre le diamètre du « carter »,du cylindre moteur et le diamètre du rotor dit tambour, de façon à avoir le maximum de volume actif de la chambre où se trouve les palettes rotatives récupératrices de l'énergie. Pour cela ce type de moteur selon l'invention est constitué d'un corps creux cylindrique (1) appelé chambre ou aussi « carter » de moteur dans lequel est inséré axialement un rotor (2) constitué d'un axe rotatif comportant un certain nombre de palettes (3) solidaires à celui-ci, destinées à récupérer l'énergie. Ce premier rotor est entouré d'un deuxième rotor, appelé aussi tambour de rotor, dont le pas des lumières est variable et dont l'axe fictif de rotation est désaxé par rapport à l'axe du premier rotor. Ce tambour est constitué de segments (11) et (12) articulés entre eux et fixés à des axes (4) comportant des lumières pour le passage des palettes. Ce tambour est guidé en rotation par des rainures périphériques circulaires (10) pratiquées sur les flasques de chaque côté du moteur, où 20 25 30 vont circuler les extrémités des axes (4) qui peuvent être équipés de roulement à aiguilles où à billes. Les lumières du dit tambour où passent les palettes, sont donc articulées et à « pas » variables ; ce qui permet d'avoir un tambour de faible épaisseur. Le premier axe rotor où sont fixées les palettes étant de faible diamètre, ainsi que la faible épaisseur du dit tambour par rapport au diamètre de la chambre, cette conformité permet de se rapprocher d'un rapport de diamètre pratiquement de 1/2,5 approchant ainsi du rapport de 1/2. L'énergie motrice récupérée par les palettes évoluant alors dans un volume intéressant de chambre compris entre l'orifice d'insertion (9) du fluide ou gaz moteur et l'orifice de sortie (8) (ou vice versa), est de plus grande efficacité. La figure 1 représente en coupe, le schéma théorique de principe du moteur à palettes rotatives avec un tambour à « pas » variable en forme d'accordéon. Volontairement, afin de ne pas encombrer le schéma et pour sa bonne compréhension, les joints d'étanchéité (deux seulement figurent), les paliers, les roulements à billes et autres éléments de connexions mécaniques n'ont pas été représentés. Notamment les positions des orifices d'entrée et sortie des fluides sont projetés schématiquement (de la périphérie du carter moteur). La figure 2 représente le principe de l'articulation d'un des éléments où ne figure que deux palettes (2) solidaires de leur axe de rotation (3) traversant des lumières pratiquées respectivement dans deux 30 axes (4) où sont attenantes et solidaires sur chacun de leur côté des charnières (5) et (6) reliées entre elles, en vis- à-vis, par deux volets (11) et (12) articulés eux mêmes par une charnière commune, centrale (7). Les axes (4) comportant 25 les lumières peuvent donc coulisser radialement sur les palettes tout en variant leur position angulaire respective par rapport à l'axe théorique de rotation du dit tambour. Les charnières doivent être réalisées au plus juste possible afin d'assurer une bonne étanchéité. Les joints (14) des palettes et (15) des volets articulés peuvent être réalisés en différentes matières selon la température des fluides « moteur » utilisés (téflon, céramique ou autres matières). Les systèmes ressorts assurant la poussée de ces joints (16) contre les parois doivent être aussi ajustés, de façon à assurer l'étanchéité la plus efficace avec le moins possible de frottements. La figure 3 représente la coupe longitudinale décalée AA du schéma de principe de la figure 1 où sont représentés les joints d'étanchéité et les ressorts plats sinusoïdaux (16) placés dans des logements respectifs pratiqués dans l'épaisseur des palettes (3) et des volets (11) et (12). Les ressorts servent a pousser les joints d'étanchéité contre les parois du cylindre moteur. La circulation rotative des guides (4) comportant les lumières du dit tambour de rotor, sont assurés par des roulements (17) circulant dans la rainure périphérique (10). L'axe moteur solidaire des palettes est supporté par des roulements (18) en paliers d'arbre. La présente invention est surtout destinées à être utilisée en fonction moteur, afin de récupérer l'énergie de gaz où de fluides à faible pression, émanant d'échappement de moteurs thermiques, de turbines à gaz où tous autres systèmes, notamment, les systèmes à gaz fonctionnant en circuits fermés, avec des gaz frigorigènes chauffés par des panneaux solaires ou toutes autres sources thermiques et condensés par des sources plus froides générant ainsi des flux de fluides à faible pression, dans les circuits. 5 Hormis l'utilisation en fonction pompe, ce type de moteur peut être aussi utilisé avec un gaz détendu après avoir été hautement pressurisé, par exemple pour l'entrainement moteur de véhicules ou à d'autres applications de tractions. Il n'est pas destiné à être miniaturisé par exemple, comme dans l'utilisation de turbines de dentistes ou pour les très petits outils portatifs du fait du nombre et de la grosseur des éléments composant le dit tambour. REVENDICATIONS1- Dispositif à palettes rotatives composé d'un corps creux cylindrique, appelé chambre de moteur, dans lequel est inséré axialement un rotor (2) constitué d'un axe rotatif comportant solidairement des palettes (3) destinées à récupérer ou à communiquer l'énergie, ce premier rotor étant enveloppé, de manière désaxée, d'un deuxième rotor, appelé aussi «tambour » de rotor, comportant des lumières (13) où vont passer et glisser les palettes (3), ce qui définit ainsi un volume actif de chambre en forme de croissant de part et d'autre d'orifices d'entrée (9) et de sortie (8) des fluides, caractérisé en ce que ledit « tambour » est constitué d'éléments articulés en forme d'accordéon, et comporte des intervalles et des angles de lumières variables, selon sa position de rotation considérée. 2- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit « tambour » est constitué d'éléments articulés réalisés respectivement par des volets (11, 12) reliés entre eux par une charnière centrale (7) et des charnières (5, 6) fixées de chaque côté d'axes (4) 20 comportant les lumières (13). 3- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit « tambour » est guidé en rotation par des rainures périphériques circulaires (10) pratiquées sur des flasques situés de chaque côté du 25 moteur, où vont circuler les extrémités des axes (4) qui sont équipées ou non de roulements à aiguilles ou à billes (17) . 4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les palettes (3) 30 et les volets (11,12) comportent des logements en leurs pourtours destinés à recevoir des joints d'étanchéité et leurs ressorts de poussée. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est un moteur dans le cas où un gaz pressurisé est injecté à l'orifice d'entrée (9) et évacué à l'orifice de sortie (8) ou vice versa selon le sens de rotation a obtenir. 6- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est une pompe lorsque son axe central comportant les palettes, est entrainé par une force motrice, les orifices d'entrée (9) et de sortie (8) devenant, respectivement, aspirant et refoulant, ou vice versa selon le sens de rotation des palettes.