Brevet FR3103849A1 — publié le 20210604

Dispositif pour la détente ou la compression de fluide. L’invention permet d’utiliser un gaz ou un liquide sous pression pour produire de l’énergie mécanique, ou inversement à partir d’énergie mécanique, permet de comprimer un gaz ou mettre sous pression un liquide. L’invention est constituée de deux « rotors » (1) et (2) inclus dans un carter. Ceux-ci solidaires de leur axe respectif (3) et (4) tournent librement et sans vibration au sein d’une structure hermétique. Leur rotation en sens opposé est synchronisée par deux engrenages (5) et (6) solidaires respectivement des axes (3) et (4). L’imbrication et la rotation des « rotors » produisent des chambres de détente et de compression. L’un des deux axes permettra de transmettre ou recevoir l’énergie mécanique suivant l’application développée. Ce dispositif est destiné à la conversion ou à la transmission d’énergie. Figure pour l’abrégé: Fig 3 Convertisseur ou transmetteur d’énergie utilisant la dépression et la compression de fluide produites par deux rotors imbriqués La présente invention concerne un dispositif pour la détente ou la compression de fluide, destiné à la conversion où la transmission d’énergie. Ce dispositif, composé de deux « rotors », peut être utilisé en tant que principal composant : d’un moteur à air comprimé, d’un compresseur de gaz, d’un moteur à combustion externe, d’un moteur à combustion interne, d’un moteur hydraulique ou d’une pompe hydraulique. Etat de la technique antérieure Les dispositifs actuels sont essentiellement à pistons soumis à un mouvement alternatif. Exceptionnellement à pistons rotatifs, ces dispositifs sont source de vibrations et nécessitent des masselottes d’équilibrage qui augmentent la masse tournante et donc l’inertie. Présentation de l’invention Le dispositif présenté ici, permet d’obtenir des chambres qui se forment au cours de la rotation des deux rotors (1) et (2). Il s’agit de chambres de compression et de dépression, sans mouvement alternatif de piston et sans masselotte d’équilibrage. Les deux « rotors » (1) et (2) imbriqués , sont inclus dans un carter qui est constitué de deux flasques planes (7) et (9) et d’un bloc-entretoise (8) [Fig 3]. Ce bloc-entretoise maintient les flasques avec un écartement et un parallélisme précis. Ainsi l’association des rotors (1) et (2) et des flasques (7) et (9) assure la fermeture des chambres. Les deux « rotors » (1) et (2) solidaires de leur axe respectif (3) et (4) [Fig 1] tournent librement par rapport au carter, l’épaisseur des rotors peut se situer entre un huitième et un quart du diamètre périphérique. Afin d’obtenir des chambres performantes en compression comme en dépression, l’ajustement entre les rotors (1) et (2) et les flasques (7) et (9) doit présenter un jeu minimal. Les faces des rotors en vis à vis des faces des flasques ne présentent aucun contact et leur état de surface doit être de type glacé. Selon l’utilisation choisie, l’ajout de segments renforcera l’étanchéité des chambres. L’imbrication des deux rotors nécessite un synchronisme de rotation et donc un positionnement précis du dispositif. Selon les figures , [Fig 4] : le « rotor » (1) et l’engrenage (5) placé à l’extérieur du carter sont solidaires de l’axe (3), le « rotor » (2) et l’engrenage (6) placé à l’extérieur du carter sont solidaires de l’axe (4). Lors de l’assemblage, les engrenages sont positionnés de sorte à obtenir un décalage angulaire de 45 degrés entre le rotor (1) et le rotor (2). L’imbrication des deux rotors (1) et (2), impose ce positionnement avec précision. La rotation des deux rotors (1) et (2) se fait donc à la même vitesse angulaire en sens opposé [Fig 6]. Sur l’un des axes (3) ou (4), la solidarisation avec un dispositif de transmission mécanique permettra de transmettre ou recevoir l’énergie mécanique selon l’application développée. Du fait de la géométrie calculée, le volume des chambres varient lors de la rotation des «rotors» (1) et (2) , [Fig 8]. C’est grâce à ces variations de volume que la compression de certaines chambres et la détente d’autres sont obtenues. Dans le but d’exploiter ces phénomènes de compression et de détente des chambres, il est nécessaire de mettre en place des orifices d’entrée et de sortie (10), (11),(12) et (13) selon la [Fig 5]. Dans la flasque (7) du carter, l’aménagement d’orifices fermés par des clapets ou des soupapes, permet l’exploitation du dispositif pour la constitution d’un moteur à gaz comprimé, d’un compresseur de gaz, d’un moteur à combustion externe, d’une pompe hydraulique ou d’un moteur hydraulique. Pour le moteur à combustion interne, l’admission et l’échappement se feront par des ouvertures latérales du carter judicieusement placées . Des injecteurs pour le carburant et des bougies seront précisément placés sur la face plane du carter opposée aux engrenages. En référence à la figure , le dispositif se compose de: Deux rotors identiques (1) et (2), dont la forme est définie par des équations mathématiques permettant l’usinage par une fraiseuse à commande numérique. D’un 1 er axe (3) claveté sur le rotor (1) qui tourne dans l’alésage correspondant de la flasque (7) sans être traversant et dans l’alésage correspondant de la flasque (9) en étant traversant de la flasque et de l’engrenage (5). D’un 2 ème axe (4) claveté sur le rotor (2) qui tourne dans l’alésage correspondant de la flasque (7) sans être traversant et dans l’alésage correspondant de la flasque (9) en étant traversant de la flasque et de l’engrenage (6). D’un 1 er engrenage (5) claveté sur l’axe (3) D’un 2 ème engrenage (6) claveté sur l’axe (4). D’une 1 ère flasque (7) qui assure l’étanchéité des chambres côté orifices aspiration/refoulement ou entrée/sortie. D’une 2 ème flasque (9) qui assure l’étanchéité des chambres côté engrenages. D’un bloc-entretoise (8) qui constitue avec les flasques (7) et (9) un carter. Le mode de réalisation de ce dispositif, permettant la validation du concept en version pompe hydraulique, comporte : Deux rotors de 141.42 mm de diamètre extérieur et de 20.00 mm d’épaisseur. Deux axes de 12 mm de diamètre et de 100 mm de longueur. Deux engrenages de 100 dents, de 100 mm de diamètre primitif et de 20 mm d’épaisseur. Deux flasques planes de 260 mm x 150 mm et de 8 mm d’épaisseur. Un bloc-entretoise de 260 mm x 150 mm et de 20.10 mm d’épaisseur. La flasque (7) est percée de deux orifices (10) et (11) [Fig 5] permettant lors de la rotation, l’aspiration du liquide par les chambres de dépression. La flasque (7) est percée de deux orifices (12) et (13) [Fig 5] permettant lors de la rotation, le refoulement du liquide sous pression par les chambres de compression. Un ensemble de vis et d’écrous pour l’assemblage. Le dispositif selon l’invention, avec différentes adaptations et différents équipements, est susceptible d’applications industrielles dans : La conversion d’énergie thermique en énergie mécanique (moteur à combustion externe, moteur à combustion interne). Le transfert d’énergie mécanique (association pompe et moteur hydrauliques). La compression de gaz. La récupération de l’énergie potentielle stockée sous forme de gaz sous pression. La récupération de l’énergie potentielle d’une masse d’eau stockée en altitude ou sous pression. Le stockage d’eau dans un réservoir fermé avec compression de l’air prisonnier. La mise en surpression de l’eau pour la réalisation de nettoyeur haute pression. Le compactage de matière organique ou autre. Présentation des figures La figure [Fig 1] représente en perspective l’ensemble des deux rotors imbriqués et associés à leur axe respectif. La figure [Fig 2] représente en perspective l’ensemble des deux rotors imbriqués, associés à leur axe respectif et leur engrenage respectif La figure [Fig 3] représente en perspective la vue éclatée de l’ensemble rotors, axes, engrenages, flasques et bloc-entretoise. La figure [Fig 4] représente en perspective le dispositif assemblé. La figure [Fig 5] est la flasque (7) en vue extérieure, les rotors sont en pointillés et ils sont positionnés en début d’une compression. Cette figure précise la situation des orifices d’aspiration (10) et (11) et de refoulement (12) et (13) dans l’application du dispositif en tant que pompe hydraulique ou moteur hydraulique. La figure [Fig 6] est un schéma de mise en évidence de l’imbrication des deux rotors. La figure [Fig 7] est un schéma de mise en évidence d’une compression. La figure [Fig 8] est un schéma de mise en évidence d’une détente. Dispositif de détente ou de compression de fluide destiné à la conversion où la transmission d’énergie, comportant deux rotors (1, 2) imbriqués qui tournent en sens opposé sur leur axe respectif (3, 4) à la même vitesse angulaire avec un décalage de 45 degrés l’un par rapport à l’autre, les deux rotors (1, 2) étant inclus dans un carter constitué de deux flasques (7, 9) assurant les étanchéités des chambres ainsi formées, et d’un bloc-entretoise (8) qui associe les flasques avec un écartement et un parallélisme précis, les deux rotors (1, 2) étant couplés à deux engrenages (5, 6) extérieurs au carter adaptés pour assurer la synchronisation de la rotation des rotors (1, 2). Dispositif selon la revendication 1 en ce que chaque rotor (1, 2) est solidaire de son axe respectif (3, 4) avec un engrenage (5, 6) placé à l’extérieur du carter, la synchronisation de la rotation des rotors (1, 2) étant assurée par l’association des deux engrenages (5, 6) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le carter est constitué d’une première flasque plane (7), d’un bloc-entretoise (8) et d’une deuxième flasque plane (9), des segments pouvant être ajoutés aux rotors pour améliorer l’étanchéité des chambres Utilisation du dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 en tant que composant principal d’un moteur à gaz comprimé, d’un compresseur de gaz, d’un moteur à combustion externe, d’un moteur à combustion interne, d’un moteur hydraulique ou d’une pompe hydraulique Moteur à gaz ou vapeur sous pression comportant un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de détente ou de compression de fluide comporte des orifices d’admission et d’échappement, ainsi que des clapets ou des soupapes, l’énergie mécanique pouvant être utilisée grâce à l’un des axes (3,4). Compresseur de gaz comportant un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de détente ou de compression de fluide comporte des orifices d’aspiration et de refoulement sous pression, ainsi que des clapets, l’accouplement avec un moteur étant possible grâce à l’un des axes (3,4) Moteur à combustion interne sans mouvement alternatif de piston, avec un nombre de pièces nettement inférieur au moteur classique et sans masselotte d’équilibrage comportant un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de détente ou de compression de fluide comporte des ouvertures latérales sur les côtés du carter pour assurer l’admission de l’air et l’échappement des gaz brûlés, ainsi que des injecteurs de carburant, d’un allumeur et de bougies, l’énergie mécanique pouvant être utilisée grâce à l’un des axes (3,4) Moteur hydraulique sans mouvement alternatif de piston comportant un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de détente ou de compression de fluide comporte des orifices d’entrée et de sortie, ainsi que des clapets ou des soupapes, l’énergie mécanique pouvant être utilisée grâce à l’un des axes (3,4) Pompe hydraulique sans mouvement alternatif de piston comportant un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le dispositif de détente ou de compression de fluide comporte des orifices d’aspiration et de refoulement sous pression, ainsi que des clapets, l’accouplement avec un moteur pouvant être réalisé utilisée grâce à l’un des axes (3,4) Procédé de réalisation d’un dispositif de détente ou de compression de fluide selon l’une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la forme des rotors (1,2) est déterminée par leur position relative et leur mouvement de rotation, et est définie par des équations mathématiques, permettant notamment l’usinage par une fraiseuse à commande numérique