Brevet FR3036431A1 — publié le 20161125

- 1 - Un des problèmes que l'on rencontre dans le développement des énergies renouvelables, éoliennes, ou photovoltaïques, à cause de leur intermittence, est le problème du stockage pendant les périodes de production excédentaire en vue de redistribution dans les périodes de cessation de production. La capacité de stockage devient un élément important de la disponibilité en énergie lorsque l'on désire utiliser les énergies renouvelables de façon autonome, dans des lieux isolées tels que : îles, plateformes marines, fermes isolées, villages de montagne... La présente invention concerne un moteur à air comprimé destiné à convertir l'énergie stockée dans des réservoirs de type, par exemple bouteilles de plongée sous-marine, en force rotative motrice permettant d'actionner, un alternateur, une dynamo ou tout autre système industriel. L'objet de cette invention est d'offrir un autre moyen écologique que les batteries (dont la capacité et la vitesse de charge sont limités) pour stocker l'énergie. Le principe du dispositif selon la présente invention est de faire agir le piston d'un vérin sur un ensemble maneton/manivelle fixé sur le côté d'un volant d'inertie de manière à mettre celui-ci en rotation lors du mouvement d'aller et de retour du piston dans le vérin. L'extrémité fermée du vérin est reliée à un axe pivot fixé sur le châssis du moteur, l'autre extrémité, celle de la pointe du piston, étant fixée au maneton solidaire de la manivelle du volant. La rotation du volant est assurée par un arbre cylindrique guidé par des roulements formant l'arbre moteur du dispositif ; celui-ci porte à son extrémité une poulie de sortie de charge. L'arbre moteur est muni d'une came, dite d'admission, actionnant un clapet distributeur, par exemple, à commande mécanique, qui envoie une petite bulle d'air comprimé par tour de volant dans le vérin afin de provoquer une impulsion de poussée du piston qui fait tourner le volant. Lorsque le clapet distributeur d'admission n'est pas actionné, sa sortie dérivée est fermée par un bouchon pour enfermer la bulle dans le vérin. La vitesse acquise par la rotation du volant entraine le mouvement de retour du piston. L'arbre moteur porte une seconde came, dite d'échappement, qui agit pendant le retour du piston, celle-ci actionne la commande d'un second clapet distributeur permettant d'ouvrir, par un circuit branché en dérivation sur l'alimentation du vérin, une sortie d'air permettant de purger le vérin ; ce qui autorise le retour du piston sans opposition. L'air comprimé stocké en bouteille, par exemple de plongée, à une pression élevée (au moins 220 bars pour les bouteilles de plongée classiques) est délivré au clapet distributeur d'admission à une pression constante (inférieure ou égale à 10 bars, compatible avec les clapets distributeurs usuels) au moyen d'un détendeur. On peut éventuellement utiliser un détendeur à pression de sortie réglable pour calibrer la pression des bulles. Le déclenchement d'une bulle se fait par un appui bref de la came d'admission sur la commande à ressort de son clapet distributeur, déclenchement qui s'effectue en début d'ouverture de la chambre du piston. Les commandes de mise en action des clapets d'admission et d'échappement peuvent également être actionnées par des moyens, optiques, 3036431 -2 électriques, ou électromagnétiques, indexés à la rotation du moteur. Appelons (a) l'angle parcouru par la ligne d'action médiane de la came depuis une ligne (A-A') de la came correspondant à la fermeture du vérin. L'angle (a) sera compris entre 15 et 45 degrés en vue d'obtenir le déclenchement d'une 5 bulle en début d'ouverture de la chambre du vérin. Le réglage angulaire de la came peut être modifié et fixé à l'aide d'une vis pointeau située sur un bossage cylindrique de la came ; réglage qui permet d'ajuster le volume offert à une bulle introduite dans le vérin. Le volume optimum des bulles sera tel que leur expansion utilisera toute l'énergie de détente ; c'est-à-dire que le volume produit 10 par la détente ramènera la pression dans le vérin à la pression atmosphérique. On peut également optimiser le volume des bulles d'air par un dimensionnement approprié de la came. Un autre moyen d'optimiser l'efficacité des bulles est d'utiliser un détendeur à pression de sortie réglable. L'objet des divers moyens d'optimisation des bulles est de réduire la consommation d'air comprimé au taux 15 minimum nécessaire à l'adaptation du moteur à sa charge ; c'est-à-dire d'optimiser le taux de transformation d'énergie stockée en énergie mécanique. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente une vue de face dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue de profil du dispositif selon l'invention. 20 La figure 3 représente le circuit d'approvisionnement en air comprimé depuis le stockage haute pression jusqu'à l'alimentation du vérin. En référence à ces dessins, le dispositif comporte, un vérin (1), fixé à son extrémité fermée à un axe pivotant (2) solidaire du châssis (3) du moteur. A l'autre extrémité l'embout libre du piston est relié au moyen d'un ensemble - 25 maneton/manivelle (4) - à un la partie latérale extérieure d'un volant d'inertie (5) de manière à ce que le mouvement aller et retour du piston fasse tourner le volant ; celui-ci est supporté par un arbre moteur (6) dont le maintien en rotation est assuré par des roulements (7) fixés au châssis ; son extrémité est munie d'une poulie de sortie de charge (8). 30 L'arbre moteur (6) est muni d'une came d'admission (9) - réglable angulairement sur cet arbre au moyen d'une vis pointeau (10) située sur un bossage cylindrique de la came - celle-ci appuie une fois par tour sur la commande d'un clapet distributeur d'admission d'air comprimé (11). L'entrée de ce clapet est alimentée au travers d'un détendeur (12) à une réserve d'air 35 comprimé haute pression (13). La sortie du distributeur (11) envoie une bulle d'air à pression constante à l'entrée (14) de la chambre du vérin. La sortie en dérivation du clapet (11) est fermée par un bouchon (15) pour emprisonner la bulle d'air dans le vérin après le relâchement de la commande du clapet (11). Le réglage angulaire de la came (9) selon un angle (a) - formé par le rayon 3036431 - 3 - d'action de la came avec l'alignement ( A - A') de la came obtenu lorsque le vérin est fermé - est compris entre 15 et 45 degrés, ce qui permet le déclenchement d'une bulle d'air au début de l'ouverture de la chambre du vérin. L'expansion de cette bulle d'air comprimé pousse le piston et fait tourner le volant d'inertie. La vitesse acquise par le volant d'inertie entraîne le mouvement de retour du piston. 5 Une seconde came (16) fixée sur l'arbre moteur, dite came d'échappement, actionne un second clapet (17), qui ouvre, au moyen d'un circuit pris en dérivation sur l'alimentation du vérin, un chemin de purge d'air pendant le mouvement de retour du piston afin que celui-ci puisse se faire sans opposition. Selon une variante du dispositif les commandes des clapets d'admission 10 (11) et d'échappement (17) d'air dans le vérin, peuvent être actionnées par un dispositif de type quelconque : optique, électrique ou électromagnétique indexé à la rotation du moteur. Le réglage angulaire (a) de la came a pour objet d'optimiser la consommation d'air au meilleur taux compatible avec la charge demandée au 15 moteur. En option, on peut utiliser un détendeur (12) à pression de sortie réglable pour ajuster la pression des bulles d'air en vue d'une meilleure adaptation du moteur à l'usage demandé. On peut également optimiser la consommation d'air comprimé par un dimensionnement approprié de la came d'admission (9). REVENDICATIONS1 - Moteur à air comprimé agissant sous l'action d'un vérin (1) dont une extrémité est fixée au châssis (3) par un axe pivot (2), l'autre extrémité formée de la pointe du piston de ce vérin entraîne en rotation au moyen d'un ensemble maneton/manivelle (4) un volant d'inertie (5) dont la rotation est assuré par un arbre moteur (6), celui-ci porte une came (9), dite d'admission, qui actionne, une fois par tour, un clapet distributeur (11) alimenté en air comprimé régulé par un détendeur (12) recevant de l'air comprimé haute pression d'un réservoir (13), le clapet (11) envoie une bulle d'air à l'entrée (14) du vérin dont la détente agit sur le piston et provoque la rotation du moteur, le mouvement de retour du piston est autorisé par un circuit de purge branché en dérivation sur l'alimentation du vérin, ouvrant la sortie d'air au moyen d'une came (16), dite d'échappement, actionnant un clapet (17) pendant le retour du piston ; caractérisé en ce que l'angle (a) formé par le rayon d'action de la came d'admission (9) avec l'alignement (A-A') de la came obtenu lorsque le vérin est 15 fermé, forme un angle compris entre 15 et 45 degrés de manière à déclencher une bulle d'air au début de l'ouverture de la chambre du vérin. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle (a) de la came (9) est réglable et fixé au moyen d'une vis pointeau (10) située sur un bossage cylindrique de la came. Le réglage angulaire de la came (9) a pour 20 objet d'optimiser la consommation d'air au meilleur taux compatible avec la charge du moteur. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que les commandes des clapets d'admission (11) et d'échappement (17) de l'air dans le vérin, puissent être actionnées par un 25 dispositif de type quelconque : optique, électrique ou électromagnétique indexé à la rotation du moteur. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce qu'on utilise un détendeur (12) à pression de sortie réglable pour ajuster la pression des bulles d'air en vue d'une meilleure adaptation du 30 moteur à l'usage demandé. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que l'on optimise la consommation d'air par un dimensionnement approprié de la came d'admission (9).