WO2016207425A1 - Machine de compression et de détente - Google Patents

Machine de compression et de détente Download PDF

Info

Publication number
WO2016207425A1
WO2016207425A1 PCT/EP2016/064801 EP2016064801W WO2016207425A1 WO 2016207425 A1 WO2016207425 A1 WO 2016207425A1 EP 2016064801 W EP2016064801 W EP 2016064801W WO 2016207425 A1 WO2016207425 A1 WO 2016207425A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compression
pistons
machine according
expansion machine
working chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/064801
Other languages
English (en)
Inventor
Abdelaziz GORMAT
Stéphane TONDELLI
Carlos Martins
Eric Droulez
Bertrand Gessier
Original Assignee
Valeo Systemes Thermiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes Thermiques filed Critical Valeo Systemes Thermiques
Publication of WO2016207425A1 publication Critical patent/WO2016207425A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/063—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents with coaxially-mounted members having continuously-changing circumferential spacing between them

Definitions

  • the invention relates to a compression and expansion machine of the scissor type intended to be used, in particular, in a thermal energy recovery system, making a fluid work to enhance the thermal losses of an engine, for example at the exhaust or on any other hot source.
  • This type of compression and relaxation machine commonly called a scissors machine, conventionally comprises:
  • a kinematic part with a casing defining a chamber of revolution about an axis of symmetry and dividing the chamber into rotating cells with the pistons.
  • the shape of the scissor machine can be toroidal.
  • the working chamber will have the shape of a torus and the pistons will be in the form of torus portions.
  • the toroidal form is advantageously compact.
  • each cell performs at least a first expansion / contraction cycle corresponding to a compression step of a first gas flow passing through this cell and at least to the second corresponding expansion / contraction cycle. at a step of expansion of a second flow of gas passing through this cell.
  • Document US7730869 discloses an example of a scissors machine.
  • the working chamber consists of three parts, namely a fixed central part and two similar rotating parts on which the pistons are fixed.
  • a gear system is set up on each side of the housing to coordinate the movement of the pistons.
  • each rotating part consists of a half-casing forming half of the working chamber, and in which are half of the pistons.
  • the casing is thus mobile in rotation, and the tightness is complex to achieve on the periphery outside between each housing half and the fixed central portion, and even more difficult to achieve on the inner periphery at the center junction plane between the two housing halves.
  • This type of machine has problems of leakage, high friction, and also the risk of accident in case of contact with another object (plastic bag type, paper) or if a person puts his hand on the rotating part. A protective envelope is then necessary to homologate the machine.
  • the present invention overcomes these disadvantages by providing a simple structure of the kinematic part of the machine, thereby simplifying the coordination part of the movement of the pistons.
  • the invention relates to a compression and expansion machine comprising a working chamber with pistons and a system for coordinating the movement of the pistons, said working chamber comprising a plurality of rotating cells, each cell being defined by a part by a fixed outer casing, and secondly by a movable internal kinematic system consisting of at least a pair of pistons and a rotating shaft carrying the pair of pistons.
  • the idea of the invention thus consists in reversing the rotating and fixed parts of the elements relative to the machines of the prior art.
  • the housing is fixed, and the parts located inside the housing are movable.
  • the working chamber has a shape of revolution about an axis of symmetry X, the rotation shaft of the moving internal kinematic system being concentric with this axis of symmetry X.
  • the moving kinematic system comprises two rotation shafts each comprising at least one pair of pistons, dividing the chamber into rotating cells with the pistons.
  • each piston has the shape of a portion of the convolution of the working chamber
  • the working chamber has the shape of a torus of rectangular section.
  • the working chamber has the shape of a torus of ovoid section.
  • the working chamber has the shape of a torus of circular section
  • the housing consists of at least two half-shells attached to each other: in total, the working chamber is defined only by four parts, namely the two half-shells and the two shafts equipped with pistons.
  • the half-shells have openings for admission and discharge of air into the working chamber.
  • each half-shell has an orifice accommodating one end of the movable inner part.
  • each rotation shaft comprises an excrescence of revolution around a section of the shaft, on which pistons are fixed, and whose outer shape matches the shape of the pistons,
  • the machine comprises sealing means between the two half-shells.
  • the machine comprises sealing means between the shafts;
  • the protuberance formed on each of the shafts may be an integral part of the tree, the tree and the protuberance thus being monobloc;
  • the protuberance formed on each of the shafts may be a piece attached to the shaft, the shaft and the protuberance thus not being one-piece;
  • FIG. 1 shows schematically the installation of a system according to the invention to enhance the energy of the exhaust gas of a heat engine
  • Figure 2 schematically shows the operation of a piston scissor machine according to the invention in a system for energy recovery
  • Figures 3 and 4 are exploded perspective views of the kinematic system of a scissor machine according to the invention
  • FIG. 5 is a sectional view of the kinematic system of a scissor machine with reference to Figures 3 and 4.
  • the invention relates to pistons provided for a rotary scissors-type rotary machine adapted for use in an energy recovery system by working a fluid in a cycle comprising the steps of admission, compression, heating and expansion, exhaust, as previously discussed.
  • the exemplary embodiment of the invention is presented as part of an integration on a motor vehicle powered by a heat engine, to enhance the energy dissipated by the exhaust gas.
  • the applicant does not intend to limit the scope of his invention to this framework because it is easy to transfer the type of heat source or energy recovered to other facilities.
  • the system schematically exemplified in Figure 1 uses air as working fluid, with an open cycle. The air is sucked to ambient atmospheric conditions before compression and then released into the atmosphere after relaxation. This choice is advantageous in terms of integration on a vehicle but it does not exclude the choice of a closed cycle, with cooling of the working fluid in other facilities.
  • the system described as an example here comprises:
  • a hot source constituted by the exhaust gas flowing in the exhaust line 1 from the engine 2;
  • conduits 5 for circulating the compressed air of the machine 4 to the exchanger 3 and ducts 6 for returning the heated air in the exchanger 3 to the machine 4; ducts 7 for drawing ambient air to the machine 4 and ducts 8 for rejecting the air having worked towards the atmosphere;
  • system 9 for training and energy recovery is a mechanical transmission means between the axis 10 of the compression and expansion machine 4 and the shaft 1 1 of the driving motor. the vehicle, intended to recover the extra torque provided by the axis 10.
  • this system 9 may be an electric motor connected to the axis 10 of the machine 4, intended to operate as a generator under the action of the axis 10.
  • the machine 4 piston scissors comprises a housing 12a forming a chamber 12 of toroidal shape about an axis X.
  • the housing 12a has four openings forming openings 16, 17, 18, 19 in the chamber 12. Turning counterclockwise (counterclockwise):
  • a first opening 16 is located at the bottom and is intended to be connected to the pipe 7 sucking the ambient air
  • a second opening 17 is located at the top, substantially vertically of the first opening 16, and is intended to be connected to the pipe 5 sending the air into the exchanger 3,
  • a third opening 18 is also located at the top, close to the second opening 17, and is intended to be connected to the pipe 6 bringing the air coming out of the exchanger 3,
  • a fourth opening 19 is located at the bottom, substantially vertically to the third opening 18 and close to the first opening 16, and is intended to be connected to the duct 8 discharging air into the atmosphere.
  • Four pistons 14a, 14b, 14c, 14d rotating about the X axis are installed inside the chamber 12. They are configured to occupy each an angular sector portion of the torus forming the chamber 12 work.
  • pistons 14 are grouped in two pairs of diametrically opposed pistons. Pistons 14 of each pair are integral. On the other hand, the two pairs of pistons 14 can rotate about the axis in a different way, moving away or moving closer. In this way, the four pistons 14 define two by two and between the outer wall of the chamber 12 and the inner surface 13, four cells 15a, 15b, 15c, 15d whose volume can increase or decrease.
  • the movement of the two pairs of pistons 14 is coordinated so that each of the four cells 15a, 15b, 15c, 15d follows two cycles of expansion and contraction while passing in front of the four openings 16, 17, 18, 19 of the room 12.
  • a first pair of pistons 14a-14c is connected to a first hollow input shaft 20 which passes a second input shaft 21 to which is fixed the second pair of pistons. 14b-14d.
  • the two pairs of pistons 14a-14c, 14b-14d can be driven separately in rotation by the two input shafts 20, 21.
  • pistons 14 allow the cells 15 of the working chamber 12 to perform an even number of expansion / contraction cycles during a turn.
  • the pistons 14 of each pair have an integral movement and are, for example, diametrically opposed.
  • the approximation of the pistons 14 compresses the first gas flow, and the energy of the explosion pushes the pistons 14 to move apart from each other in the relaxation phase of the second gas flow.
  • the working chamber 12 has a toroidal shape of circular section, and the pistons 14 then consist of torus portions.
  • the piston 14 has a shape that marries both that of the inner wall of the chamber 12 and that of the outer surface of the shafts 20,21.
  • Each piston 14 is composed of a peripheral envelope 24 defining the general volume of the piston 14, and two lateral faces 25 at its two ends.
  • torus portions are cut so that the lateral faces 25 of the pistons 14 are circular.
  • the lateral faces 25 belong to planes passing through the axis X of the torus.
  • the X axis of the torus is concentric with the X axes of the first and second trees 20,21.
  • Each piston 14 is fixed on a shaft 20,21 at an adapter section 22 forming part of the shaft 20,21.
  • This adapter section 22 consists of a protrusion 22, of revolution about the shaft 20,21, and whose outer shape is convex and matches the concave shape of the lower part of a piston 14, as shown in Figure 5.
  • the fixing between the adapter section 22 and the piston 14 is performed obliquely.
  • Each adapter section 22 supports two pistons 14 diametrically opposed.
  • the protuberance formed on each of the shafts may be an integral part of the tree, the tree and the protuberance thus being monobloc;
  • the protuberance formed on each of the shafts may be a piece attached to the shaft, the shaft and the protrusion thus not being monobloc;
  • each adapter portion 22 supports the attachment of a pair of pistons 14, but the other pair of pistons 14 also comes to rest on it.
  • the attachment of the pistons 14 is oblique, these are positioned symmetrically with respect to the central axis of the shafts 20,21, and are centered relative to the assembly consisting of the two protuberances 22.
  • the pairs pistons 14 are finally arranged staggered on the shafts 20,21 mounted one in the other.
  • the assembly formed by the pairs of pistons 14 and the shafts 20,21 is a rotating assembly, rotatably mounted in a fixed casing 12a composed of two half-shells, of similar size. These two half-shells define an interior volume in which integrates the torus forming the working chamber 12 and the rotating assembly formed by the two shafts 20,21 equipped with the pistons 14.
  • the rotating assembly is disposed in the inner part of the torus, that is to say in the inner hole of the torus.
  • the half-shells are fixed to each other by screwing.
  • This machine is very simple construction, and compact.
  • the number of pieces is reduced to those of the kinematics, ie 4 pieces:
  • the attachment of the pistons 14 is all the easier, as the assembly / disassembly of the segments 23 on the pistons 14 which does not require disassembling the kinematics of the machine, thus reducing the intervention time during maintenance operations , consistently.
  • Sealing rings mounted on the ends of the pistons 14 rub against the inner wall of the casing 12a, to ensure sealing within the machine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Abstract

Machine de compression et de détente comportant une chambre de travail (12) avec des pistons (14) et un système de coordination du mouvement des pistons (14), ladite chambre de travail (12) comprenant une pluralité de cellules (15) tournantes, chaque cellule (15) étant définie d'une part par un carter (12a) externe fixe, et d'autre part par un système cinématique interne mobile composé au moins d'une paire de pistons (14) et d'un arbre de rotation (20,21) portant cette paire de pistons (14).

Description

Machine de compression et de détente
Domaine de l'invention
L'invention concerne une machine de compression et de détente de type ciseaux destinée à être utilisée, en particulier, dans un système de récupération d'énergie thermique, faisant travailler un fluide pour valoriser les pertes thermiques d'un moteur, par exemple à l'échappement ou sur toute autre source chaude.
Plusieurs types de systèmes utilisant un fluide de travail chauffé par cette source chaude ont été envisagés. Dans tous les cas, le fluide effectue un cycle au cours duquel il doit être pompé ou comprimé pour entrer dans un échangeur avant de pouvoir, ensuite, fournir de l'énergie mécanique par une détente.
Etat de la technique
Ce type de machine de compression et de détente, appelée communément machine ciseaux, comporte classiquement :
- une partie cinématique avec un carter définissant une chambre de révolution autour d'un axe de symétrie et divisant la chambre en cellules tournant avec les pistons. La forme de la machine ciseaux peut être toroïdale. Dans ce cas, la chambre de travail aura la forme d'un tore et les pistons seront sous forme de portions de tore. La forme toroïdale est avantageusement compacte.
- une partie de coordination du mouvement desdits pistons. Lors d'un tour de rotation, chaque cellule effectue au moins un premier cycle d'expansion/contraction correspondant à une étape de compression d'un premier flux de gaz passant par cette cellule et au moins au deuxième cycle d'expansion/contraction correspondant à une étape de détente d'un deuxième flux de gaz passant par cette cellule.
Le document US7730869 divulgue un exemple de machine ciseaux. La chambre de travail est constituée de trois parties, à savoir une partie centrale fixe et deux parties tournantes similaires sur lesquelles sont fixés les pistons. Un système d'engrenages est mis en place de chaque côté du carter pour coordonner le mouvement des pistons.
Dans cet exemple, chaque partie tournante se compose d'un demi-carter formant la moitié de la chambre de travail, et dans laquelle se trouvent la moitié des pistons. Le carter est ainsi mobile en rotation, et l'étanchéité est complexe à réaliser sur la périphérie extérieure entre chaque moitié de carter et la partie centrale fixe, et encore plus difficile à réaliser sur la périphérie intérieure au niveau du plan de jonction au centre entre les deux moitiés de carter.
Ce type de machine rencontre des problèmes de fuite, de frottements élevés, et également de risques d'accident en cas de contact avec un autre objet (du type sac de plastique, papier) ou si une personne pose sa main sur la partie tournante. Une enveloppe de protection est alors nécessaire pour homologuer la machine.
Par ailleurs, cette machine est encombrante puisqu'elle oblige à démultiplier les pièces, avec deux systèmes d'engrenages de chaque côté du carter. La fixation des pistons est également complexe à réaliser dans les parties tournantes.
La présente invention remédie à ces inconvénients, en proposant une structure simple de la partie cinématique de la machine, simplifiant par la même occasion la partie de coordination du mouvement des pistons.
Résumé de l'invention
A cet effet, l'invention concerne une machine de compression et de détente comportant une chambre de travail avec des pistons et un système de coordination du mouvement des pistons, ladite chambre de travail comprenant une pluralité de cellules tournantes, chaque cellule étant définie d'une part par un carter externe fixe, et d'autre part par un système cinématique interne mobile composé au moins d'une paire de pistons et d'un arbre de rotation portant cette paire de pistons.
L'idée de l'invention consiste ainsi inverser les parties tournantes et fixes des éléments par rapport aux machines de l'art antérieur.
Ainsi le carter est fixe, et les pièces situées à l'intérieur du carter sont mobiles.
Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- la chambre de travail présente une forme de révolution autour d'un axe de symétrie X, l'arbre de rotation du système cinématique interne mobile étant concentrique avec cet axe de symétrie X.
le système cinématique mobile comprend deux arbres de rotation comportant chacun au moins une paire de pistons, divisant la chambre en cellules tournant avec les pistons.
chaque piston a la forme d'une portion de circonvolution de la chambre de travail, la chambre de travail a la forme d'un tore de section rectangulaire. la chambre de travail a la forme d'un tore de section ovoïdale.
la chambre de travail a la forme d'un tore de section circulaire,
le carter se compose d'au moins deux demi-coques fixées l'une à l'autre : au total, la chambre de travail est définie uniquement par quatre pièces, à savoir les deux demi-coques et les deux arbres équipés des pistons.
les demi-coques présentent des ouvertures pour l'admission et le rejet de l'air dans la chambre de travail.
chaque demi-coques présente un orifice accueillant une extrémité de la partie interne mobile.
- chaque arbre de rotation comporte une excroissance de révolution autour d'un tronçon de l'arbre, sur laquelle sont fixés des pistons, et dont la forme extérieure épouse la forme des pistons,
les arbres s'emboîtent l'un dans l'autre.
lorsque les arbres sont emboîtés, leurs excroissances sont positionnées en contact et symétriquement l'une de l'autre.
la machine comporte des moyens d'étanchéité entre les deux demi-coques.
la machine comporte des moyens d'étanchéité entre les arbres ;
l'excroissance ménagée sur chacun des arbres peut être partie intégrante de l'arbre, l'arbre et l'excroissance étant ainsi monobloc ;
- l'excroissance ménagée sur chacun des arbres peut être une pièce rapportée à l'arbre, l'arbre et l'excroissance n'étant ainsi pas monobloc ;
Avec une telle construction du système cinématique, il n'est pas nécessaire de disposer un système d'engrenages de part et d'autre du carter pour la coordination des pistons. En effet, les deux arbres étant reliés et sortants tous les deux des deux côtés du carter, un seul système d'engrenages est nécessaire sur l'un des côtés au choix du carter.
Présentation des figures
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :
- la figure 1 présente schématiquement l'installation d'un système selon l'invention pour valoriser l'énergie des gaz d'échappement d'un moteur thermique ; la figure 2 présente schématiquement le fonctionnement d'une machine ciseaux à pistons selon l'invention dans un système de récupération d'énergie ; les figures 3 et 4 sont des vues éclatées en perspective du système cinématique d'une machine ciseaux selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue en coupe du système cinématique d'une machine ciseaux en référence aux figures 3 et 4.
Description détaillée
L'invention concerne des pistons prévus pour une machine rotative à pistons de type ciseaux conçue pour être utilisée dans un système de récupération d'énergie en faisant travailler un fluide suivant un cycle comprenant les étapes d'admission, compression, chauffage puis de détente, échappement, comme cela été exposé précédemment. L'exemple de réalisation de l'invention est présenté dans le cadre d'une intégration sur un véhicule automobile propulsé par un moteur thermique, pour valoriser l'énergie dissipée par les gaz d'échappement. Cependant, le déposant n'entend pas limiter la portée de son invention à ce cadre car il est facile de transposer le type de source de chaleur ou d'énergie récupérée à d'autres installations. Le système schématiquement présenté en exemple sur la figure 1 utilise de l'air comme fluide de travail, avec un cycle ouvert. L'air est aspiré à condition atmosphérique ambiante avant compression puis rejeté dans l'atmosphère après la détente. Ce choix est avantageux en termes d'intégration sur un véhicule mais il n'exclut pas le choix d'un cycle fermé, avec refroidissement du fluide de travail dans d'autres installations.
Le système décrit en exemple comporte ici :
une source chaude constituée par les gaz d'échappement circulant dans la ligne d'échappement 1 en provenance du moteur thermique 2 ;
un échangeur de chaleur 3 entre ces gaz d'échappement et l'air, placé sur la ligne d'échappement 1 ;
une machine 4 de compression et détente, effectuant d'une part la compression de l'air allant dans l'échangeur 3, d'autre part la détente de l'air chaud sortant de l'échangeur 3 ;
des conduites 5 pour faire circuler l'air comprimé de la machine 4 vers l'échangeur 3 et des conduites 6 pour renvoyer l'air chauffé dans l'échangeur 3 vers la machine 4 ; des conduites 7 pour aspirer l'air ambiant vers la machine 4 et des conduites 8 pour rejeter l'air ayant travaillé vers l'atmosphère ;
un système 9 d'entraînement et de récupération d'énergie. Dans le mode de réalisation présenté sur la figure le système 9 d'entraînement et de récupération d'énergie est un moyen de transmission mécanique entre l'axe 10 de la machine 4 de compression et de détente et l'arbre 1 1 du moteur entraînant le véhicule, destiné à récupérer le supplément de couple apporté par l'axe 10. Dans une variante, ce système 9 peut être un moteur électrique relié à l'axe 10 de la machine 4, destiné à fonctionner en générateur sous l'action de l'axe 10.
En référence à la figure 2, la machine 4 ciseaux à pistons comprend un carter 12a formant une chambre 12 de forme toroïdale autour d'un axe X. Le carter 12a comporte quatre lumières formant des ouvertures 16, 17, 18, 19 dans la chambre 12. En tournant dans le sens contraire des aiguilles d'une montre (sens antihoraire) :
une première ouverture 16 est située en bas et est destinée à être reliée à la conduite 7 aspirant l'air ambiant,
- une deuxième ouverture 17 est située en haut, sensiblement à la verticale de la première ouverture 16, et est destinée à être reliée à la conduite 5 envoyant l'air dans l'échangeur 3,
une troisième ouverture 18 est située également en haut, proche de la deuxième ouverture 17, et est destinée à être reliée à la conduite 6 amenant l'air sortant de l'échangeur 3,
une quatrième ouverture 19 est située en bas, sensiblement à la verticale de la troisième ouverture 18 et proche de la première ouverture 16, et est destinée à être reliée à la conduite 8 rejetant l'air dans l'atmosphère. Quatre pistons 14a, 14b, 14c, 14d tournant autour de l'axe X sont installés à l'intérieur de la chambre 12. Ils sont configurés pour occuper chacun une portion de secteur angulaire du tore formant la chambre 12 de travail.
Ces pistons 14 sont groupés en deux paires de pistons diamétralement opposés. Les pistons 14 de chaque paire sont solidaires. Par contre, les deux paires de pistons 14 peuvent tourner autour de l'axe de manière différente, en s'écartant ou se rapprochant. De cette manière, les quatre pistons 14 définissent deux à deux et entre la paroi extérieure de la chambre 12 et la surface intérieure 13, quatre cellules 15a, 15b, 15c, 15d dont le volume peut augmenter ou diminuer.
Le mouvement des deux paires de pistons 14 est coordonné de telle sorte que chacune des quatre cellules 15a, 15b, 15c, 15d suive deux cycles d'expansion et de contraction tout en passant devant les quatre ouvertures 16, 17, 18, 19 de la chambre 12.
Pour obtenir ce résultat, comme illustré aux figures 3 et 4, une première paire de pistons 14a-14c est reliée à un premier arbre d'entrée 20 creux qui laisse passer un deuxième arbre d'entrée 21 auquel est fixé la deuxième paire de pistons 14b-14d. De cette manière les deux paires de pistons 14a-14c, 14b-14d, peuvent être entraînées séparément en rotation par les deux arbres d'entrée 20, 21 .
Ces deux paires de pistons 14 permettent aux cellules 15 de la chambre de travail 12 d'effectuer un nombre pair de cycles d'expansion/contraction lors d'un tour de rotation. Les pistons 14 de chaque paire ont un mouvement solidaire et sont, par exemple, diamétralement opposés.
Le fait que les deux arbres 20,21 aient un mouvement relatif l'un par rapport à l'autre permet de faire varier le volume des cellules 15 tournantes pour que d'un côté, la diminution du volume s'apparente à une phase de contraction / compression, tandis que de l'autre côté l'augmentation du volume de la cellule 15 constitue une phase d'expansion / détente.
Dans d'autres termes, le rapprochement des pistons 14 permet de comprimer le premier flux de gaz, et l'énergie de l'explosion pousse les pistons 14 à s'écarter l'un de l'autre dans la phase de détente du deuxième flux de gaz. Dans la présente invention, la chambre de travail 12 a une forme toroïdale de section circulaire, et les pistons 14 consistent alors en des portions de tore. En effet, le piston 14 a une forme qui épouse à la fois celle de la paroi intérieure de la chambre 12 et celle de la surface extérieure des arbres 20,21 .
Chaque piston 14 se compose d'une enveloppe périphérique 24 définissant le volume général du piston 14, et de deux faces latérales 25 à ses deux extrémités.
Ces portions de tore sont découpées de manière à ce que les faces latérales 25 des pistons 14 soient circulaires. Pour se faire, les faces latérales 25 appartiennent à des plans passant par l'axe X du tore. L'axe X du tore est concentrique avec les axes X des premier et second arbres 20,21.
Chaque piston 14 est fixé sur un arbre 20,21 au niveau d'un tronçon adaptateur 22 faisant partie de l'arbre 20,21 . Ce tronçon adaptateur 22 consiste en une excroissance 22, de révolution autour de l'arbre 20,21 , et dont la forme extérieure est convexe et épouse la forme concave de la partie inférieure d'un piston 14, comme illustré en figure 5. La fixation entre le tronçon adaptateur 22 et le piston 14 est réalisée de manière oblique. Chaque tronçon adaptateur 22 supporte deux pistons 14 diamétralement opposés.
Il est à noter que, selon les modes de réalisation :
l'excroissance ménagée sur chacun des arbres peut être partie intégrante de l'arbre, l'arbre et l'excroissance étant ainsi monobloc ;
l'excroissance ménagée sur chacun des arbres peut être une pièce rapportée à l'arbre, l'arbre et l'excroissance n'étant ainsi pas monobloc ;
Lorsque les arbres 20,21 sont équipés des paires de pistons 14, ils sont alors emboîtés l'un dans l'autre. Lorsque l'arbre 21 est inséré à l'intérieur de l'arbre 20, les tronçons adaptateur 22 se retrouvent en contact l'un de l'autre, et sont positionnés symétriquement, de manière à former une surface extérieure convexe et continue sur laquelle reposent les deux paires de pistons 14. En effet, chaque tronçon adaptateur 22 supporte la fixation d'une paire de pistons 14, mais l'autre paire de pistons 14 vient également reposer sur elle.
Ainsi, bien que la fixation des pistons 14 soit d'allure oblique, ces derniers sont positionnés symétriquement par rapport à l'axe central des arbres 20,21 , et sont centrées par rapport à l'ensemble composé des deux excroissances 22. Les paires de pistons 14 sont au final disposées en quinconce sur les arbres 20,21 montés l'un dans l'autre.
L'ensemble formé par les paires de pistons 14 et les arbres 20,21 est un ensemble tournant, monté en rotation dans un carter 12a fixe composé de deux demi-coques, de dimension similaire. Ces deux demi-coques définissent un volume intérieur dans lequel s'intègre le tore formant la chambre de travail 12 et l'ensemble tournant formé des deux arbres 20,21 équipés des pistons 14. L'ensemble tournant est disposé dans la partie interne du tore, c'est-à-dire dans le trou intérieur du tore. Il en résulte que la partie externe du tore est délimité par les deux demi-coques, et la partie interne du tore est délimitée par l'ensemble tournant.
Les demi-coques sont fixées l'une à l'autre par vissage.
Cette machine est donc très simple de construction, et peu encombrante. Le nombre de pièces se réduit à ceux de la cinématique, soit 4 pièces :
l'arbre 21 équipé d'une paire de pistons 14
l'arbre 20 équipé d'une autre paire de pistons 14 la première demi-coque
la seconde demi-coque.
La fixation des pistons 14 en est d'autant facilitée, tout comme le montage/démontage des segments 23 sur les pistons 14 qui ne nécessite pas de démonter la cinématique de la machine, réduisant ainsi le temps d'intervention lors d'opérations de maintenance, de manière conséquente.
Des segments d'étanchéité montés les extrémités des pistons 14 viennent frotter contre la paroi interne du carter 12a, pour assurer l'étanchéité au sein de la machine.
L'étanchéité avec l'extérieur de la machine est facile à mettre en œuvre entre les demi-coques du carter 12a, étant donné qu'elles sont fixes. De façon avantageuse, il n'y a donc pas de frottement entre les deux demi-coques, contrairement aux carters mobiles de l'art antérieur.
De plus, puisque la partie interne du tore est formée directement par les deux arbres 20,21 tournants avec les pistons 14, sans pièce supplémentaire, seule une petite étanchéité est nécessaire pour éviter les fuites internes. Les frottements en partie interne du tore se limitent à la zone de contact, très petite :
- entre les deux arbres 20,21 au niveau des tronçons adaptateur 22, et
- entre les arbres 20,21 et le carter 12a, au niveau d'un orifice 32 pratiqué dans chaque demi-coque accueillant une extrémité d'un arbre 20,21 .
Le fait que l'ensemble tournant soit disposé à l'intérieur de la machine, et que les deux demi-coques formant le carter 12a soient fixes, permet d'éliminer le risque d'accident en cas de contact avec un autre objet. Puisque l'ensemble tournant est inaccessible lors du fonctionnement normal de la machine, il n'est pas nécessaire de prévoir une enveloppe de protection supplémentaire pour homologuer le produit.
Les configurations montrées aux figures citées ne sont que des exemples possibles, nullement limitatifs, de l'invention qui englobe au contraire les variantes de formes et de conceptions à la portée de l'homme de l'art.

Claims

Revendications
Machine de compression et de détente comportant un carter (12a) externe fixe définissant une chambre de travail (12), ladite chambre de travail (12) comprenant une pluralité de cellules (15) tournantes, chaque cellule (15) étant définie d'une part par ledit carter (12a) externe fixe, et d'autre part par un système cinématique interne mobile composé d'au moins une paire de pistons (14) et d'un arbre de rotation (20,21 ) portant cette paire de pistons (14).
Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la chambre de travail (12) présente une forme de révolution autour d'un axe de symétrie (X), l'arbre de rotation (20,21 ) du système cinématique interne mobile étant concentrique avec cet axe de symétrie (X).
Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit système cinématique mobile comprend deux arbres de rotation (20,21 ) comportant chacun au moins une paire de pistons (14), divisant la chambre (12) en cellules (15a, 15b, 15c, 15d) tournant avec les pistons (14).
Machine de compression et de détente selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque piston (14) a la forme d'une portion de circonvolution de la chambre de travail (12).
Machine de compression et de détente selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la chambre de travail (12) a la forme d'un tore de section rectangulaire.
Machine de compression et de détente selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la chambre de travail (12) a la forme d'un tore de section ovoïdale.
7. Machine de compression et de détente selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la chambre de travail (12) a la forme d'un tore de section circulaire. 8. Machine de compression et de détente selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter (12a) se compose d'au moins deux demi-coques fixées l'une à l'autre.
9. Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les demi-coques présentent des ouvertures (16,17,18,19) pour l'admission et le rejet de l'air dans la chambre de travail (12a).
10. Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque demi-coques présente un orifice (32) accueillant une extrémité de la partie interne mobile.
1 1 . Machine de compression et de détente selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque arbre de rotation (20,21 ) comporte une excroissance (22) de révolution autour d'un tronçon de l'arbre (20,21 ), sur laquelle sont fixés des pistons (14), et dont la forme extérieure épouse la forme des pistons (14).
12. Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les arbres (20,21 ) s'emboîtent l'un dans l'autre. 13. Machine de compression et de détente selon la revendication précédente, caractérisée en ce que, lorsque les arbres (20,21 ) sont emboîtés, leurs excroissances (22) sont positionnées en contact et symétriquement l'une de l'autre.
14. Machine de compression et de détente selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité entre les deux demi- coques.
15. Machine de compression et de détente selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'étanchéité entre les arbres (20,21 ).
PCT/EP2016/064801 2015-06-26 2016-06-27 Machine de compression et de détente WO2016207425A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1555983A FR3038934A1 (fr) 2015-06-26 2015-06-26 Machine de compression et de detente
FR1555983 2015-06-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016207425A1 true WO2016207425A1 (fr) 2016-12-29

Family

ID=54066069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/064801 WO2016207425A1 (fr) 2015-06-26 2016-06-27 Machine de compression et de détente

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3038934A1 (fr)
WO (1) WO2016207425A1 (fr)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023084261A1 (fr) * 2021-11-15 2023-05-19 Savvas Savvakis Machine rotative concentrique

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR466311A (fr) * 1912-12-13 1914-05-09 Georg Horovitz Moteur à combustion ou pompe avec pistons tournant, dans un sens, et à des vitesses angulaires différentes, dans un cylindre en forme de tore
DE1098520B (de) * 1959-12-08 1961-02-02 Rudolf Simon Drehkolbenmaschine
FR1305903A (fr) * 1961-11-14 1962-10-05 Dispositif mécanique utilisant un fluide pour machine motrice ou réceptrice
FR1332064A (fr) * 1963-12-16
US7730869B2 (en) 2007-04-13 2010-06-08 Yan Li Housing wheel engine
DE102013209083B3 (de) * 2013-05-16 2014-06-05 Dinh Chi Tomas Brennkraftmaschine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1332064A (fr) * 1963-12-16
FR466311A (fr) * 1912-12-13 1914-05-09 Georg Horovitz Moteur à combustion ou pompe avec pistons tournant, dans un sens, et à des vitesses angulaires différentes, dans un cylindre en forme de tore
DE1098520B (de) * 1959-12-08 1961-02-02 Rudolf Simon Drehkolbenmaschine
FR1305903A (fr) * 1961-11-14 1962-10-05 Dispositif mécanique utilisant un fluide pour machine motrice ou réceptrice
US7730869B2 (en) 2007-04-13 2010-06-08 Yan Li Housing wheel engine
DE102013209083B3 (de) * 2013-05-16 2014-06-05 Dinh Chi Tomas Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
FR3038934A1 (fr) 2017-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2966873A1 (fr) Dispositif de recuperation de chaleur pour ligne d'echappement
CH514787A (fr) Machine volumétrique, notamment pompe à vide
EP1405003B1 (fr) Agencement de connexion et de deconnexion de deux troncons de canalisation d'un systeme de transfert de fluide
FR2990084A1 (fr) Moteur electrique avec refroidissement du carter
EP3074701B1 (fr) Appareil thermique magnetocalorique
FR3023895A1 (fr) Raccord pour valve de type rotatif
WO2016207425A1 (fr) Machine de compression et de détente
FR2908451A1 (fr) Turbopropulseur comportant un ensemble de pales a orientation reglable
EP3662153B1 (fr) Moteur a source chaude externe a boisseaux
CA2464335A1 (fr) Machine volumetrique rotative
WO2016207422A1 (fr) Position de segments d'étanchéité sur des pistons d'une machine de compression et de détente
FR2967113A1 (fr) Support de roue muni de conduits d'alimentation d'un appareil hydraulique
WO2016207424A1 (fr) Piston pour machine de compression et de détente
EP2272074B1 (fr) Dispositif de coupure électrique avec visibilité augmentée
FR2588322A1 (fr) Machine hydraulique de structure modulaire
WO2016207418A1 (fr) Dispositif de fixation de pistons pour machine de compression et de détente
EP3045656B1 (fr) Machine rotative a losange deformable multifonctions
FR2961890A1 (fr) Module de radiateur electrique a fluide caloporteur avec capot
FR3057910B1 (fr) Turbomachine d'aeronef comprenant des moyens d'etancheite
WO2015044535A1 (fr) Structure segmentée, en particulier pour réflecteur d'antenne de satellite
BE659088A (fr)
FR3040745A1 (fr) Ensemble pour moteur a combustion interne comprenant un piston et une plaque de fermeture d'une galerie de refroidissement du piston
WO2009127791A1 (fr) Dispositif mecanique
WO2016207420A1 (fr) Dispositif de coordination du mouvement des pistons d'une machine de compression et de détente
EP4129524A1 (fr) Procédé et dispositif de fabrication de pièce a partir d'une plaque en matériau déformable, en particulier pour un bord d'un élément d'un aéronef

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16733442

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16733442

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1