CH711732B1

CH711732B1 - Dispositif à pistons rotatifs, notamment pour une machine thermique, pompe ou moteur hydraulique.

Info

Publication number: CH711732B1
Application number: CH01615/15A
Authority: CH
Inventors: Habegger Sidney; Pisteur Alain
Original assignee: Habegger Sidney; Pisteur Alain
Priority date: 2015-11-06
Filing date: 2015-11-06
Publication date: 2020-10-15
Also published as: CH711732A2

Abstract

L'invention concerne un dispositif à pistons rotatifs, notammement pour une machine thermique, une pompe ou un moteur hydraulique comprenant une pluralité de pistons rotatifs (44a, 44b) de forme essentiellement cylindrique animés chacun d'un mouvement circulaire, les mouvements circulaires étant synchrones et de même amplitude, en sorte que les pistons rotatifs (44a, 44b) ne se déplacent pas l'un relativement à l'autre tandis que chacun tourne autour de son centre de rotation, les pistons étant logés dans un carter (40a, 40b) avec un volume interne (61a, 61b) délimité par une paroi interne (65a, 65b) et étant arrangés en sorte que, lors de leur mouvement circulaire, au moins une partie des pistons (44a, 44b) est internement tangent à la paroi interne (65a, 65b) et un élément central (41a, 41b) est en contact avec les pistons rotatifs, donnant lieu à des chambres de volume variable (80A-80D).

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un dispositif à pistons rotatifs, notamment pour une machine thermique, ou moteur hydraulique.

Etat de la technique

[0002] On connaît dans la technique plusieurs exemples de pompes ou machines thermiques ou moteurs hydrauliques à pistons rotatifs qui emploient une pluralité d'éléments rotatifs pour définir des chambres à volume variables. Ces dispositifs sont utilisés pour réaliser des pompes par lesquelles on déplace ou on pressurise un fluide, ou des moteurs hydrauliques générant un mouvement rotatif à partir d'un fluide pressurisé.

[0003] On connaît aussi des machines thermiques, basées par exemple sur un cycle thermodynamique de Stirling, qui transforment l'énergie thermique liée à la différence en température entre un réservoir froid et un réservoir chaud en énergie mécanique. Ces machines ont d'ordinaire un étage froid et un étage chaud avec des chambres à volume variable, et un fluide qui passe d'un étage à l'autre selon des modalités définies par le cycle thermodynamique choisi en se refroidissant et fournissant un travail mécanique net positif. Bien entendu, ces machines peuvent aussi transformer une énergie mécanique en énergie thermique, comme réfrigérateurs ou pompes à chaleur.

[0004] Par rapport aux dispositifs à pistons alternatifs, aussi employés dans les mêmes applications, les dispositifs à pistons rotatifs engendrent moins de vibrations et peuvent être équilibrés plus facilement, ce qui permet des régimes de rotation plus élevés et des meilleures efficacité et fiabilité.

[0005] Les dispositifs à pistons rotatifs ont cependant une construction plus complexe. Plusieurs d'entre eux ont recours à des pistons et des cylindres de forme non développable ou à des pistons dentés dont la fabrication est complexe et coûteuse, surtout lorsque des tolérances très serrées sont recherchées. D'autres dispositifs à pistons rotatifs utilisent des ailettes glissantes pour l'étanchéité, dont les performances à haute température et à haute vitesse sont médiocres.

[0006] Les documents WO15038030A1, US2014271308A, US2011259002A, KR101136795B décrivent, entre-autres, des dispositifs avec un ou plusieurs pistons rotatifs.

Bref résumé de l'invention

[0007] Un but de la présente invention est de proposer un dispositif à pistons rotatifs exempt des limitations des dispositifs connus. Notamment l'invention propose un dispositif à pistons rotatifs qui est plus simple des dispositifs similaires connus dans la technique.

[0008] Selon l'invention, ces buts sont atteints au moyen de l'objet défini dans les revendications annexées.

Brève description des figures

[0009] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : <tb><SEP>• La figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation de l'invention avec deux étages de compression/expansion, en vue explosée. <tb><SEP>• La figure 2 illustre le mode de réalisation de l'invention assemblé, avec les rouages servant à animer de mouvement synchrone les pistons rotatifs. <tb><SEP>• Les figures 3a à 3c illustrent de façon simplifiée et en plan le fonctionnement de deux variantes de l'invention, respectivement avec quatre et deux pistons rotatifs.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0010] L'invention sera maintenant décrite en détail avec référence au mode de réalisation illustré par la figure 1 qui est une machine thermique avec deux étages superposés, un destiné à être en contact avec un réservoir froid, et l'autre destiné à être en contact thermique avec un réservoir chaud. Il faut comprendre toutefois, que l'invention inclut également des réalisations à un seul étage, par exemple des pompes ou des moteurs hydrauliques. Par ailleurs, comme on le verra bien par la suite, les cylindres de l'invention sont mus par des arbres d'entrainement parallèles qui tournent tous à la même vitesse, en sorte qu'on peut facilement réaliser des machines avec deux ou n'importe quel nombre d'étages.

[0011] La machine thermique de cette variante comporte en chaque étage quatre pistons rotatifs 44a, 44b de forme essentiellement cylindrique animés chacun d'un mouvement circulaire. Le mouvement des pistons rotatifs est obtenu par des arbres d'entraînement avec des sections excentriques qui traversent les ouvertures 33a, 53a de la plaque de montage inférieure 30 respectivement de la plaque de montage supérieure 50. Les arbres d'entrainement ne sont pas représentés sur la figure 1 par simplicité. La figure 3a montre la section des arbres 70 et les sections excentriques 73.

[0012] Les arbres d'entraînement tournant à la même vitesse, les mouvements circulaires des pistons rotatifs sont coplanaires, synchrones et de même amplitude, en sorte qu'ils ne se déplacent pas l'un relativement à l'autre tandis que chacun tourne autour de son centre de rotation. L'invention inclut aussi d'autres solutions d'entraînement.

[0013] Les pistons rotatifs 44a du premier étage sont logés dans un carter 40a avec un volume interne 61a délimité par une paroi 65a. La forme de la paroi est déterminée en sorte que, lors de leurs mouvements circulaires, au moins une partie des pistons 44a est internement tangent à la paroi 65a donnant lieu à des chambres de volume variable 80a. Il en va de même pour les pistons rotatifs du second étage 44b. Puisque les pistons ont une forme circulaire et que leur mouvement est aussi circulaire, la condition de tangence requiert que la paroi interne soit taillée selon des arcs de cercles concentriques aux centres de rotation des pistons. Ceci est un avantage de l'invention par rapport à d'autres systèmes de la technique qui nécessitent de formes complexes, comme par exemple des développantes de cycloïdes.

[0014] Un autre avantage de l'invention est que le contact entre les pistons 44 et la paroi interne 65 est roulant, en sorte que les pistons peuvent être couplé aux manivelles 73 par des paliers ou par des roulements 78 (visibles sur la figure 3a) de manière à minimiser les frottements.

[0015] Dans la variante préférée de l'invention illustrée sur les figures 1 et 2, les centres de rotation des pistons 44a-b sont espacés d'une distance supérieure au diamètre des pistons eux-mêmes en sorte que ces derniers ne se touchent pas entre eux. L'espace entre le pistons est rempli par un élément de remplissage 41a-b qui délimite, avec les contacts tangents entre les pistons et le carter, quatre chambre de volume variable 80a-d (ou un nombre de chambres égale au nombre de pistons si celui-ci est différent de quatre).

[0016] Le dispositif de l'invention n'est pas limité à des solutions avec quatre pistons. La figure 3b montre par exemple une variante avec deux pistons. La figure 3c illustre à titre d'exemple, une réalisation à trois pistons. Les éléments identiques ou fonctionnellement équivalents sont identifiés par les mêmes signes de référence dans les figures.

[0017] Dans la variante de la figure 3c, .l'élément central 41 est un rouleau tangent aux pistons rotatifs 44 mais, une machine à trois pistons pourrait aussi être réalisée, comme les variantes des figures précédentes, avec l'élément central 41 de forme telle à épouser le rayon de courbure des pistons 44 et qui glisse sur ceux-ci. Pour n'importe quel nombre de piston, en effet, le dispositif selon l'invention peut être réalisé soit avec un élément central roulant, de section circulaire, ou avec un élément central frottant, avec des arcs concaves épousant le rayon des pistons.

[0018] Dans tous les cas, les chambres à volumes variables sont délimités par les pistons rotatifs 44, la paroi interne du carter 40 et par l'élément central 41. Les réalisations avec un élément central roulant à section circulaire, comme la figure 3c, présentent moins de frottements, tandis que celles avec un élément central glissant permettent de réduire les volumes morts.

[0019] L'invention peut être appliquée à la réalisation de pompes ou moteurs hydrauliques à un ou plusieurs étages. La variante illustrée sur la figure 2 est une machine à deux étages superposés dans laquelle les étages sont actionnés par quatre arbres de transmission parallèles entraînés par les roues 24 lesquelles sont à leur tour entraînés par la roue menant centrale 21. Les étages sont écartés en sorte qu'on peut établir une différence de température entre eux, et relier les chambres variables par les conduits 47 a-b de manière à réaliser un moteur thermique, par exemple à cycle Stirling. Avantageusement, les mouvements des étages sont décalés de 90° car ceci est le déphasage idéal entre le piston chaud et le piston froid d'un moteur Stirling. On peut évidemment obtenir par la même structure une unité réfrigérante ou une pompe à chaleur.

[0020] D'autres variantes, non illustrées, incluent des machines thermiques à un seul étage, dans lesquelles on exploite une différence de température entre les chambres variables d'un unique étage coplanaire, et des moteurs à combustion interne.

Signes de référence employés sur les figures

[0021] 21 roue menante 24 roue menée 27 arbre de transmission 30 a-b plaque de support inférieure 33 a-b ouvertures de passage de l'arbre de transmission 40 a-b carter 41 a-b élément central, remplissage 44 a-b piston rotatif, rouleau 47 a-b conduits 50 a-b plaque de support supérieure 53 a-b ouvertures de passage de l'arbre de transmission 61 a-b volume interne 65 a-b paroi interne du carter 70 arbre d'entraînement 71 centre de rotation 73 section excentrique, manivelle 78 roulement 80 a-d chambres de volume variable

Claims

1. Dispositif à pistons rotatifs, notamment pour une machine thermique, pompe ou moteur hydraulique, comprenant une pluralité de pistons rotatifs (44a, 44b) de forme essentiellement cylindrique animés chacun d'un mouvement circulaire, les mouvements circulaires étant synchrones et de même amplitude, en sorte que les pistons rotatifs (44a, 44b) ne se déplacent pas l'un relativement à l'autre tandis que chacun tourne autour de son centre de rotation, les pistons étant logés dans un carter (40a, 40b) avec un volume interne (61a, 61b) délimité par une paroi interne (65a, 65b) et étant arrangés en sorte que, lors de leur mouvement circulaire, au moins une partie des pistons (44a, 44b) est internement tangente à la paroi interne (65a, 65b), et un élément central (41, 41a, 41b) est en contact avec les pistons rotatifs donnant lieu à des chambres de volume variable (80a-80d).

2. Dispositif à pistons rotatifs selon la revendication précédente comprenant quatre pistons rotatifs coplanaires.

3. Dispositif à pistons rotatifs selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les pistons rotatifs sont montés sur des roulements.

4. Dispositif à pistons rotatifs selon l'une des revendications précédentes, lequel comporte un contact tangent entre une paire de pistons rotatifs, et un contact entre les pistons rotatifs et l'élément central (41, 41a, 41b) en contact avec plusieurs pistons rotatifs.

5. Dispositif à pistons rotatifs selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'élément central est un rouleau à section circulaire qui roule sans frotter sur les pistons rotatifs.

6. Dispositif à pistons rotatifs selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'élément central comporte des arcs concaves épousant le rayon des pistons rotatifs.