Domaine de l'invention La présente invention concerne une machine rotative à losange déformable. Une telle machine comporte généralement un ensemble fixe ou stator et un ensemble mobile ou rotor ayant une forme de losange articulé à ses sommets et tournant autour de son centre, apte à se déformer lors de sa rotation. Chaque côté du losange détermine avec le profil interne du stator ayant une forme générale ovale, une chambre de volume variable lors du mouvement du rotor. Les côtés du losange articulé sont matérialisés par des plaques appelées pistons ayant, pour la , plupart, une surface extérieure de forme curviligne. Ces pistons sont parfois munis, dans leur zone de contact avec le profil interne du stator de segments d'étanchéité. Une telle machine peut être utilisée en tant que moteur à combustion, turbine, compresseur, pompe, ventilateur, etc. Elle présente l'avantage d'avoir un centre de gravité fixe, pouvant ainsi éviter les vibrations, de pouvoir atteindre des compressions équivalentes à celles des moteurs à pistons, d'avoir un débit plus important que les moteurs à pistons, d'avoir un rapport de pression supérieur aux turbines et d'être plus simple que la plupart des machines généralement connues remplissant les mêmes fonctions.

Etat de la technique

Les machines rotatives à losange déformable (MRLD) possèdent un stator généralement constitué d'une enceinte cylindrique non circulaire (on comprend un cylindre dont la courbe directrice n'est pas un cercle) extérieure au rotor en forme de losange et une pluralité (le plus souvent quatre) d'éléments rotatifs articulés entre eux au niveau de leurs bords adjacents selon une liaison pivot d'un axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte, chacun des éléments rotatifs délimitant avec la paroi intérieure de l'enceinte une chambre ou cavité à volume variable. Ces machines ont été décrites depuis longtemps, mais elles ne sont guère utilisées. A l'instar du moteur Wankel, bien connu de l'homme du métier, ces machines avaient été imaginées d'abord comme moteur à combustion. Le brevet FR 1 404 453 (J. Lemaitre), le brevet US 3,196,854 (A. Novak), le brevet FR 2 145 133 (J. Martin Artajo) la demande de brevet WO 01/88341 (P. Szorenyi), le brevet CA 997998 (E. Steinbrink) et la demande de brevet FR 2 493 397 (JP. Ambert) décrivent l'idée et la conception théorique d'un tel moteur. La demande de brevet WO 2004/070169 (G. Saint- Hilaire) décrit un moteur à combustion interne rotatif à losange déformable en détaillant sa structure, mais sans expliquer comment est assurée son étanchéité dans les conditions de fonctionnement d'un moteur à explosion, sans non plus détailler les matériaux aptes à tenir les pressions et températures dans une telle machine, ni donner de solutions concernant la dilatation des matériaux, ou la compensation des jeux fonctionnels. D'autres moteurs à explosion de type MRLD sont décrits par exemple dans les documents EP 1 295 012 B1 (Nivesh SA), et US 3,387,596 (L. Niemand).

Il a été reconnu très tôt que les MRLD peuvent aussi servir comme pompes. Cela est décrit par exemple dans les brevets US 3,295,505 (A. Jordan) et EP 1 092 838 A2 (J. Sanchez Talero) et dans les demandes de brevet WO 86/00370 (I. Contiero) et WO 2005/106204 (P. Okulov). Plus particulièrement, le document WO 86/00370 décrit un concept de MRLD comportant quatre chambres externes à volume variable, définies entre la surface externe du rotor, la surface interne du stator, ainsi qu'une chambre interne à volume variable définie à l'intérieur du rotor déformable, ces chambres étant délimitées axialement par deux flasques latéraux de fermeture. Dans une variante, un même fluide est véhiculé entre la chambre interne fonctionnant comme compresseur et les chambres externes fonctionnant comme moteur. Une MRLD dispose de plusieurs cavités plus ou moins indépendantes, et qui peuvent être utilisées de différentes manières. La demande de brevet FR 2 911 631 (Ph. Kuzdzal) décrit un moteur à explosion ou à injection de gaz sous pression possédant, en plus des cavités externes limitées par la paroi intérieure de l'enceinte et les éléments rotatifs articulés, quatre cavités internes délimitées chacune par les parois intérieures d'éléments rotatifs adjacents et celles extérieures d'un arbre central. De plus, le moteur comprend deux autres cavités internes situées chacune au niveau d'une articulation entre deux éléments mobiles, destinées à lubrifier les segments de l'articulation. L'huile de lubrification peut être également utilisée pour refroidir le moteur et, dans ce cas, les cavités internes communiquent entre elles en étant reliées par des canaux de circulation de l'huile. L'huile est amenée dans un circuit interne de lubrification/refroidissement du moteur par une pompe, les cavités internes étant utilisées seulement pour ouvrir et fermer des clapets du circuit interne du moteur permettant de refroidir le moteur à explosion en circuit fermé. Il est à noter que la variation de volume des cavités internes au cours d'un cycle complet de la machine est faible, mais probablement suffisante pour un fonctionnement en circuit fermé du lubrifiant.

La demande de brevet WO 2004/070169, déjà mentionnée, évoque la possibilité d'utiliser les cavités internes comme pompe, alors que les cavités externes servent comme moteur à combustion, ainsi que la possibilité d'utiliser les cavités externes comme pompe ou compresseur, alors que les cavités internes sont utilisées en tant que moteur. Aucun mode de réalisation concret n'est donné pour illustrer ces concepts.

Le problème que la présente invention vise à résoudre est de présenter un dispositif compact et simple, comprenant un minimum de pièces mobiles, qui permet d'exercer en même temps différentes fonctions de traitement d'un fluide.

Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable apte à échanger un ou plusieurs fluides avec un ou plusieurs circuits externes ou internes à la machine, de manière à faire varier les paramètres dynamiques et/ou de pression d'au moins un fluide, de manière simple et fiable dans le temps.

Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable apte à échanger un ou plusieurs fluides avec un ou des circuits externes ou internes à la machine, de manière à faire varier les paramètres dynamiques et/ou de pression d'au moins un fluide, de manière autonome, sans entraînement par système d'actionnement mécanique de ses composants.

Un autre but de l'invention est de proposer une machine rotative à losange déformable possédant une densité de puissance et/ou une densité de fonctions supérieure aux machines MRLD connues.

Objet de l'invention Le but de l'invention est atteint avec une machine rotative à losange déformable comportant une enceinte formant un stator apte à recevoir un rotor qui est un losange déformable qui se trouve, directement ou indirectement (par l'intermédiaire d'un joint ou de la surface externe d'une articulation pivotante) en contact, avec ou sans jeu, de glissement ou de roulement, avec la surface interne de l'enceinte, ledit losange déformable comprenant une pluralité de pistons reliés, et de préférence quatre pistons reliés, l'un à la suite de l'autre, par une articulation pivotante d'axe parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte et formant ainsi une chaîne fermée ; la surface interne de l'enceinte de ladite machine définissant au moins une cavité dite externe, avec l'extrados d'au moins un desdits pistons, et avec les parois latérales de fermeture de l'enceinte, et au moins une cavité dite interne étant formée à l'intérieur du rotor avec les parois latérales de fermeture de l'enceinte; au moins l'une des cavités externes et/ou au moins l'une des cavités internes étant reliées, directement ou indirectement (par exemple par l'intermédiaire de valves ou soupapes), à l'entrée d'au moins un circuit de fluide externe à la machine, du fait que lesdites cavités externes et internes comprennent ensemble au moins trois cavités à volume variable, aptes à remplir au moins trois fonctions différentes simultanément, (autrement dit : ces fonctions sont réalisées en en parallèle au sein de la machine), ou au moins trois fonctions identiques successivement (autrement dit : ces fonctions sont réalisées en série au sein de la machine), ou au moins trois fonctions dont au moins l'une est différente des deux autres et est réalisée simultanément (autrement dit : en parallèle) avec les deux autres fonctions qui sont identiques et réalisées successivement (autrement dit : en série), chacune desdites fonctions étant choisie parmi : moteur à combustion, turbine de détente de fluides, compresseur de fluides, pompe, doseur, mélangeur, répartiteur de débit, convertisseur d'énergie, broyeur, de manière à modifier au moins l'un des paramètres du fluide sortant de la machine, par rapport au fluide entrant.

La machine de l'invention est donc apte à assurer au moins trois fonctions, différentes ou identiques, en parallèle, ou en série, ou au moins une en parallèle avec deux autres en série, au sein d'au moins trois cavités à volume variable réparties en cavités internes au losange, ou en cavités externes et internes au losange, notamment par l'intermédiaire de zones d'échange, lesdites fonctions étant chacune choisie parmi : moteur à combustion, turbine, compresseur, pompe, doseur, mélangeur, répartiteur de débit, convertisseur d'énergie, broyeur, de manière à modifier au moins l'un des paramètres du fluide sortant de la machine, par rapport au fluide entrant.

Ainsi, la machine est apte à échanger au moins un fluide avec un circuit externe par au moins l'une des cavités externes et/ou par au moins l'une des cavités internes. Par circuit externe, on comprend un circuit différent d'un circuit fermé appartenant ou interne à la machine, tel un circuit fermé de lubrification ou de refroidissement des éléments de la machine même.

Une cavité à volume variable est un espace délimité par les composants de la machine, espace dont le volume varie lors du mouvement relatif du rotor par rapport au stator. Ainsi, cela peut être atteint avec une déformation du losange lorsqu'il tourne à l'intérieur de l'enceinte fixe du stator. Les objets de l'invention sont également atteints lorsque les fonctions de rotor et de stator sont inversées, ou lorsque le stator est un profilé cylindrique non circulaire interne au losange. En effet, si le losange se déforme sans tourner, cela provoquera la rotation de l'enceinte externe. Selon les termes de l'invention, par cavité à volume variable, on comprend une cavité associée à un circuit de fluide ayant une fonction distincte de celle des autres cavités. Ainsi, selon l'invention, une cavité à volume variable peut être utilisée sur un circuit de fluide indépendant de celui des autres cavités (par exemple, avec quatre cavités externes et quatre circuits de fluide indépendants l'un par rapport à l'autre, on peut obtenir quatre fonctions distinctes de la machine). Toujours selon l'invention, une cavité à volume variable peut être associée à une étape de transformation d'un ou plusieurs paramètres du fluide appartenant à un circuit de fluide passant successivement par plusieurs cavités. Plus précisément, lorsqu'un circuit de fluide traverse en plusieurs étapes les cavités à volume variable de la machine, une cavité à volume variable (ou parfois deux ou plusieurs cavités peuvent être liées dès lors qu'elles remplissent en même temps une même fonction (on comprend identité des paramètres du fluide traité par la cavité)) est alors associée à une étape de transformation des paramètres du fluide la traversant.

Selon l'invention, plusieurs cavités ayant des géométries à volume variable sont réalisées au sein d'une même machine, entre le stator et le rotor, ainsi qu'à l'intérieur du rotor, de manière à ce qu'au moins trois de ces cavités puissent fonctionner simultanément (où par simultanément on comprend que les fonctions sont réalisées en parallèle), ou successivement (où par successivement on comprend que les fonctions sont réalisées en série) comme moteur à combustion, turbine de détente de fluides, compresseur de fluides, pompe, doseur, mélangeur, répartiteur de débit, convertisseur d'énergie, broyeur et ceci, soit de manière indépendante, soit en étant liées par un échange de fluide. Ainsi, la valeur d'au moins un paramètre du fluide qui entre dans la machine est différente de celle du même paramètre du fluide qui sort de la machine, en étant transformée lors du passage du fluide à travers une ou plusieurs cavités à volume variable de la machine, plusieurs passages par des cavités de la machine pouvant conduire à plusieurs changements des valeurs d'un ou plusieurs paramètres du fluide.

On comprend par fonction, l'action de modification (au sens du traitement) d'au moins un paramètre d'un fluide, quelle qu'en soit la nature (gazeux, liquide, mélange, newtonien, non- newtonien, gel, plasma, pâte ...) au cours d'un cycle de fonctionnement donné dans la machine.

On comprend par cycle de fonctionnement, la variation cyclique et définie du volume d'une cavité de la machine. On comprend par paramètre du fluide, compressible ou non, tout paramètre physico- chimique, quantifiable et mesurable, de nature à caractériser ce fluide et/ou son état, tel que par exemple : la pression, la température, la vitesse, la vorticité, la composition chimique (cas des carburants, de la lessive...), la viscosité, le taux de cisaillement (cas des pâtes alimentaires), la granulométrie (cas du concassage), l'homogénéité (cas du brassage, du mélange en centrifugation), la concentration ...

Une machine rotative à losange déformable selon l'invention permet de fournir une densité de puissance supérieure aux machines MRLD connues. On entend par densité de puissance, la puissance utile de la machine par unité de volume de l'encombrement de cette machine. Avantageusement, l'exploitation de plusieurs cavités à volume variable successivement (en série) au sein d'une même machine, permet de réaliser globalement une fonction de traitement d'un même fluide en plusieurs sous-fonctions de même nature et opérant sur des plages différentes de variation d'au moins un des paramètres de ce fluide. Dans le cadre de la présente invention, on utilise les définitions suivantes : On entend par axe longitudinal, l'axe de rotation de la machine parallèle à la directrice de l'enceinte (1). L'enceinte est généralement symétrique par rapport à cet axe longitudinal. On entend par pompe, une machine consommant de l'énergie mécanique pour augmenter l'énergie de pression statique ou dynamique d'un fluide (liquide ou gazeux). Ceci comprend les pompes hydrauliques, les pompes pneumatiques, les pompes à vide, les turbopompes, les pompes centrifuges, les pompes axiales, les ventilateurs et les hélices de propulsion, etc. On entend par turbine, une machine consommant l'énergie de pression statique ou dynamique d'un fluide (liquide ou gazeux) pour augmenter l'énergie mécanique. Ceci comprend les moteurs hydrauliques, les moteurs pneumatiques, les moteurs à dépression, les turbines, les turbines centrifuges, les turbines axiales, les éoliennes et les hydroliennes, etc. On entend par doseur de fluide, une machine dont le débit est directement lié à la vitesse de rotation.

On entend par mélangeur, une machine capable de mélanger des fluides différents l'un de l'autre par leur composition, leur température, leur pression leur état physico-chimique, leur pureté, leur homogénéité, etc. On entend par répartiteur de débits d'un ou plusieurs fluides, une machine générant plusieurs débits qui sont liés les uns aux autres.

On entend par convertisseur d'énergie, une machine qui convertit l'énergie de pression ou l'énergie dynamique d'un fluide, en énergie mécanique, ou inversement. On entend par broyeur, une machine capable de broyer une matière solide ou semi-solide, pouvant par exemple être en suspension dans un fluide.

La machine de l'invention peut ainsi remplir au moins trois fonctions différentes simultanément, ou en parallèle, dont au moins l'une peut être une fonction motrice, au sein de 3 cavités à volume variables distinctes. On obtient ainsi trois ou plusieurs dispositifs utilisant les paramètres thermodynamiques d'un ou plusieurs fluides qui sont intégrés dans une seule machine, en exploitant de manière judicieuse les volumes à géométrie variable créés à l'intérieur de la machine lors de la déformation du losange résultant d'un mouvement relatif entre le rotor et le stator de la machine (plus particulièrement, les pistons du rotor ont un mouvement de rotation autour de l'axe longitudinal de l'enceinte et un mouvement de rotation autour du centre des cotés du losange).

Ainsi, les variations de vitesse et/ou de pression et/ou de température d'un fluide admis dans la machine peuvent entraîner la rotation du losange, ou à l'inverse, la rotation du losange peut entraîner les variations de vitesse et/ou de pression et/ou de température d'un fluide admis dans la machine, avant son refoulement, la rotation du losange qui, de par la variation du volume des cavités, internes ou externes ainsi créées, fait varier la pression et/ou la température d'un fluide de traitement. Cette variation se ferait alors en plusieurs étapes, par exemple pour obtenir plusieurs étages de pression d'un même fluide, voire pour utiliser une première pression d'un fluide pour déclencher un changement de pression d'un autre fluide.

La machine de l'invention peut également remplir au moins trois fonctions identiques successivement, ou en série, au sein d'au moins 3 cavités à volume variable distinctes.

Enfin, la machine de l'invention peut remplir au moins trois fonctions au sein de 3 cavités à volume variable distinctes, deux de ces fonctions étant identiques et remplies successivement (en série) alors que la troisième fonction est différente des deux premières et est remplie simultanément (en parallèle).

L'objet de l'invention est aussi atteint avec une machine fonctionnant en tant que multipompes et/ou multiturbines et/ou multicompresseur. Ainsi, le losange peut être entraîné par un fluide (la machine comporte alors au moins une turbine et au moins deux pompes fonctionnant en série et/ou en parallèle ; ou au moins deux turbines fonctionnant en série et/ou en parallèle associées à au moins une pompe) ou par un arbre d'entraînement motorisé, tous ces dispositifs de type multipompes ou multiturbines étant intégrés dans la mécanique d'une même machine.

En effet, de par sa structure à plusieurs cavités à volume variable, une telle machine rotative à losange déformable multifonctions permet d'utiliser différents fluides (air, eau, huile, etc.) et d'intégrer plusieurs fonctions de transformation d'un ou plusieurs paramètres thermodynamiques du fluide ou des fluides utilisés, voire de conversion de l'énergie de ce(s) fluide(s), pour une structure mécanique simplifiée et pour un faible gabarit, comparé aux machines connues remplissant les mêmes fonctions. Un fonctionnement multipompes ou multiturbines ou multicompresseur d'une telle machine trouve avantageusement son application dans le cas des circuits hydrauliques ou pneumatiques complexes qui nécessitent de la régulation.

On peut utiliser une telle machine en tant qu'adaptateur de puissance, par exemple en utilisant, à l'entrée un fluide à grand débit et basse pression pour obtenir en sortie un fluide ayant un petit débit et une plus forte pression. On peut également obtenir un compresseur à trois étages avec une même machine.

Une telle machine trouve également son application lorsque l'on veut réaliser un couplage d'un circuit hydraulique avec un circuit pneumatique utilisant des fluides différents. On peut ainsi, par exemple, entraîner une pompe à eau avec un moteur hydraulique et de refroidir l'ensemble de la machine avec de l'air comprimé, le tout dans une même machine. Un autre exemple d'utilisation de la machine est pour réaliser des dosages alimentaires, par exemple pour pomper des fluides de natures différentes (notamment en terme de viscosité, d'homogénéité ou de composition, etc ...) à différents débits, chaque fluide entrant transitant par une chambre à volume variable d'une même machine.

Avantageusement, la machine comprend des moyens de transfert ou d'échange de fluide d'une cavité à volume variable à une autre. Ces moyens de transfert ou d'échange sont notamment des orifices ou des canaux pratiqués dans les pistons, les pivots, les flasques latérales, le profil de l'enceinte ou le dispositif de transmission.

De préférence, les cavités externes sont des cavités extrados périphériques, chacune étant définie entre la face extrados d'un piston, la surface interne de l'enceinte et les flasques latéraux de fermeture.

Selon un aspect avantageux de l'invention, les cavités externes sont des cavités circulaires extrados, chacune étant définie par les faces extrados de deux pistons adjacents, l'articulation pivotante les reliant, la surface interne de l'enceinte et les flasques latéraux de fermeture.

Ainsi, le dispositif de l'invention permet d'utiliser jusqu'à quatre cavités externes avec un même fluide ou avec des fluides différents. En pratiquant des adaptations spécifiques au sein de l'enceinte ou sur la face extrados de chaque piston, par exemple en divisant chaque cavité par une palette, on peut alors obtenir plus de quatre cavités externes.

Selon l'invention, une cavité interne est toute cavité comprise à l'intérieur du losange. Une telle cavité interne a au moins une surface en commun avec la face intrados d'au moins l'un des pistons ou avec l'intrados d'au moins l'une des articulations pivotantes ou avec au moins une pièce intermédiaire reliée à l'un des pistons ou à l'une des articulations pivotantes. Avantageusement selon l'invention, les cavités internes, dont le volume est amené à varier avec la rotation du rotor relative au stator de la machine, sont choisies parmi : les cavités périphériques intrados, les cavités circulaires intrados, les cavités centrales, les cavités centrales divisées par une ou deux diagonales, les cavités centrales divisées par une ou deux médianes, les cavités cylindriques, les cavités toriques excentrées ou centrées, les cavités hélicoïdales, ou une combinaison de plusieurs telles cavités internes.

De préférence, ladite cavité interne est une cavité circulaire intrados formée par l'espace compris entre les faces intrados de deux pistons connexes, un cylindre de révolution interne au losange déformable et les flasques latéraux de fermeture. Ceci permet d'exploiter judicieusement la variation du volume d'une telle cavité formée avec un cylindre de révolution qui peut être l'arbre de transmission du mouvement du losange, voire l'arbre d'entraînement en rotation du losange.

Avantageusement, ladite cavité interne est une cavité torique excentrée externe définie par l'espace compris entre la surface externe d'un dispositif torique à coulissement dont les extrémités prennent appui sur deux pistons connexes, les faces intrados des deux pistons connexes, l'articulation pivotante et les flasques latéraux de fermeture.

De préférence, ladite cavité interne est une cavité torique excentrée interne définie par l'espace compris entre le piston d'un premier dispositif torique et le cylindre d'un deuxième dispositif torique complémentaire, le piston prenant appui sur l'un des pistons et le cylindre sur un autre piston adjacent au premier, et les flasques latéraux de fermeture.

Avantageusement, ladite cavité interne est une cavité torique centrale excentrée définie par l'espace compris entre l'axe central du losange, la surface externe d'un dispositif torique dont les extrémités prennent appui sur deux bras médians du losange et les flasques latéraux de fermeture.

De préférence, au moins deux desdites cavités périphériques externes, ou au moins deux desdites cavités internes, ou au moins deux des cavités externes et internes transportent un fluide différent.

Avantageusement, la machine comprend des zones d'échange de fluide avec les cavités externes, ces zones étant des canaux pratiqués dans les pistons, les pivots, les flasques, le profil de l'enceinte ou le dispositif de transmission.

Ainsi, selon un mode préféré de réalisation, la machine de l'invention utilise un même fluide de travail qui est transféré, lors de son fonctionnement, entre l'une des cavités externes et l'une des cavités internes.

De préférence, la machine comprend des zones d'échange de fluide avec les cavités intrados, ces zones étant des canaux pratiqués dans les pistons, les pivots, les flasques, l'arbre central de la machine ou le dispositif de transmission.

Avantageusement, les pistons, la surface interne de l'enceinte, les bras des diagonales ou les bras des médianes sont munis d'ailettes afin que les variations des paramètres dynamiques du fluide prédominent sur les variations des paramètres statiques. Ceci permet à la machine de cumuler les effets dynamiques, dus à la vitesse du fluide ou des fluides qu'elle véhicule, et les effets statiques dus à la pression du ou des fluides véhiculés par la machine. Avantageusement, la variation des paramètres dynamiques du fluide est plus importante que la variation des paramètres statiques du même fluide. Ceci permet aussi à la machine de favoriser les échanges thermiques grâce aux effets dynamiques et à la plus grande surface d'échange thermique.

Avantageusement, la machine de l'invention peut être réversible. Par exemple, ceci offre l'avantage de pouvoir intégrer la machine dans des processus de récupération d'énergie notamment dans un barrage de stockage où la machine peut fonctionner comme turbine pour produire de l'énergie électrique ou comme pompe pour absorber l'énergie du réseau.

Selon l'un des aspects avantageux de l'invention, une machine comportant au moins une cavité interne et au moins une cavité externe, ou comportant au moins deux cavités internes différentes, au sein desquelles transite un même fluide, bénéficiera d'une facilité de réalisation de l'étanchéité dynamique entre lesdites cavités grâce à un effet de palier de pression intermédiaire.

Selon l'un des aspects avantageux de l'invention, une machine comportant au moins deux cavités à volumes variables, internes et/ou externes, qui assurent successivement au moins deux fonctions de traitement de même nature sur un même fluide, pourra avoir un meilleur rendement isentropique par l'adjonction d'un échangeur de chaleur (externe à la machine ou intégré dans le carter de la machine) entre les deux cavités. En effet, lors de la compression multi-étagée d'un fluide, l'extraction de calories du fluide vers l'extérieur de la machine après chaque étage de compression améliore le rendement isentropique global de la compression multi-étagée. A l'inverse, lors de la détente multi-étagée d'un fluide, l'apport de calories au fluide depuis l'extérieur de la machine après chaque étage de détente améliore le rendement isentropique global de la détente multi-étagée. Dans le cas particulier d'une machine MRLD selon l'invention, remplissant à la fois au moins une fonction ayant pour effet le refroidissement d'un premier fluide (typiquement la détente d'un gaz) et au moins une fonction ayant pour effet le réchauffage un second fluide (typiquement la compression d'un gaz), des canaux d'échange d'un troisième fluide caloporteur pourront être réalisés dans les composants de la machine, de manière à transmettre les calories générées dans les cavités à volume variable de la seconde fonction aux cavités à volume variable de la première fonction, et améliorer ainsi le rendement isentropique global de ladite machine.

Les objets de l'invention sont également atteints avec une pompe, une turbine, un moteur ou un compresseur comportant les caractéristiques d'une machine de l'invention.

Description des figures

Les figures 1 à 3 illustrent l'évolution des cavités externes d'une machine de l'invention, représentée par une vue en coupe simplifiée, où : les figures 1a à 1f illustrent l'évolution d'une cavité externe gauche lors d'un cycle complet du losange ; les figures 2a à 2f illustrent l'évolution d'une cavité externe droite lors d'un cycle complet du losange ; les figures 3a à 3d illustrent l'évolution d'une cavité externe réalisée selon une variante, lors d'un cycle complet du losange;

Les figures 4 à 12 illustrent l'évolution des cavités internes d'une machine de l'invention, représentée par une vue en coupe simplifiée, où : les figures 4a à 4d illustrent des cavités internes selon une première variante de réalisation; les figures 5a à 5d illustrent des cavités internes selon une deuxième variante de réalisation ; les figures 6a à 6d illustrent des cavités internes selon une troisième variante de réalisation ; - les figures 7a à 7e illustrent des cavités internes selon une quatrième variante de réalisation ; la figure 7f, illustre une cavité interne selon une cinquième variante de réalisation ; les figures 8a à 8e illustrent des cavités internes selon une sixième et une septième variante de réalisation ; - les figures 9a à 9c illustrent des cavités internes selon une huitième variante de réalisation ; les figures 10a à 10c illustrent des cavités internes réalisées selon une neuvième variante de l'invention ; les figures 11a à 11c illustrent des cavités internes réalisées selon une dixième variante de l'invention ; les figures 12a à 12c illustrent des cavités internes réalisées selon une onzième variante de l'invention ;

La figure 13a illustre une vue en perspective d'un exemple de réalisation de la machine de l'invention, le flasque avant étant retiré, dans l'une des positions du losange et la figure 13b est une vue similaire à la précédente, avec le losange déplacé dans une autre position.

La figure 14 illustre un autre exemple de réalisation de la machine de l'invention, celle-ci étant représentée de manière schématique, par une vue en coupe transversale. La figure 15a illustre une vue en perspective d'une machine de l'invention comportant un rotor réalisé selon une variante de réalisation et la figure 15b illustre le rotor de la figure

15a.

La figure 16a illustre une vue en perspective d'une machine de l'invention comportant un stator réalisé selon une variante de réalisation et la figure 16b illustre le stator de la figure

16a.

Les figures 17a et 17b illustrent, dans deux positions différentes du losange, une machine de l'invention comportant un rotor réalisé selon une autre variante de l'invention.

Les figures 18a et 18b illustrent, dans deux positions différentes du losange, une machine de l'invention comportant un rotor réalisé selon encore une autre variante de l'invention.

La figure 19 illustre une vue en perspective simplifiée de la machine.

La figure 20a illustre une vue en coupe transversale d'un ensemble stator et flasques latéraux de la machine ;

Les figures 20b et 20c illustrent des vues en coupe de la machine de l'invention, le losange étant représenté en deux positions angulaires différentes ;

Les figures 21a et 21b illustrent des vues en perspective simplifiées de la machine, le losange étant représenté en deux positions angulaires différentes ;

Les figures 22a à 22c illustrent des vues en perspective simplifiées d'un losange déformable de l'invention ; La figure 23 illustre une vue en coupe transversale de la machine de l'invention.

La figure 24 illustre une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation de l'invention, le flasque de fermeture étant retiré pour plus de clarté ;

La figure 25 illustre le stator de la machine de la figure 24.

La figure 26 est une vue frontale du stator de la figure 25. La figure 27 est une vue en coupe axiale, à échelle agrandie, de la machine de la figure 24, comportant le flasque de fermeture.

Les figures 28a à 28d illustrent l'évolution des cavités de la machine de la figure 24 lors d'un cycle complet du losange.

Liste des repères

Description de l'invention

L'invention concerne une machine rotative à losange déformable (MRLD) comportant un stator 2 ayant une forme générale tubulaire de section environ ovale, dont le profil est en accord avec les règles géométriques imposées par la déformation du losange au cours de sa rotation et dont la surface interne définit une enceinte 1 de réception d'un rotor 3 qui est un losange déformable 4.

Le losange déformable 4 est un ensemble de quatre pistons 6 reliés entre eux par des liaisons pivot, matérialisées par des articulations pivotantes 7, et qui forment une chaîne refermée sur elle-même. Le rotor 3 est généralement la partie tournante de la machine, mais on peut, dans une variante, entraîner l'enceinte 1 en rotation qui tourne alors par rapport au losange 4 fixe en rotation mais dont les côtés se déforment (on comprend par côté le segment qui relie, dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la machine, les axes de deux liaisons pivot adjacentes). Les projections des axes de liaisons pivots des pistons dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation de la machine représentent les sommets 5 du losange. Le segment qui relie deux sommets 5 opposés forme une diagonale du losange. On comprend, dans ce qui suit, par diagonale également une pièce ou liaison mécanique construite selon ce segment.

Un piston 6 est une pièce ayant une forme de portion de cylindre de directrice parallèle à l'axe de rotation de la machine. Les surfaces situées aux deux extrémités de cette pièce assurent chacune une partie d'une liaison pivot d'axe de rotation parallèle à l'axe de rotation de la machine. Le segment qui relie deux points médians des côtés opposés du losange, notamment de deux pistons opposés, forme une médiane du losange. On comprend, dans ce qui suit, par médiane également une pièce ou liaison mécanique construite selon ce segment. L'intersection des diagonales ou des médianes du losange définit le centre de la machine. Par arbre de rotation 57 (fig.23) ou arbre central de la machine, on comprend une pièce ou un ensemble de pièces mécaniques permettant de récupérer le mouvement de rotation du rotor ou du stator via un système de transmission mécanique adapté. La machine comporte également deux flasques latéraux 12, 13 de fermeture (fig.20a), disposés perpendiculairement à l'arbre de rotation de la machine et qui prennent appui contre les faces frontales avant et arrière du stator et du rotor.

Dans ce qui suit, on comprend par l'extrados 14 du piston la surface externe du piston 6, située à l'extérieur du losange 4, et par l'intrados 15 du piston, la surface interne du piston 6, située à l'intérieur du losange 4. Par volume de la machine, on comprend le cylindre de révolution fermé par les flasques latéraux et englobant le profil externe du stator de la machine selon une réalisation classique ou englobant la pièce la plus excentrée par rapport l'axe de rotation.

L'invention utilise la propriété de la machine rotative à losange déformable munie de moyens de l'invention afin de créer des cavités dont le volume varie lors de la déformation du losange, ces cavités externes et internes au rotor (ou au losange) pouvant être réalisées de différentes manières.

Dans un premier mode de réalisation qui est relatif aux cavités externes, représenté sur les figures 1 et 2 par un cycle complet du losange 4, une cavité externe 8 (on comprend externe au rotor 3) de travail est formée par une cavité périphérique extrados 14. Une telle cavité périphérique extrados 14 est formée par la face extrados 9 de l'un des pistons 6 du losange

4 contre la paroi intérieure du stator 2 et les flasques de fermeture 12,13 de part et d'autre de la machine. La figure 1 montre l'exemple de la cavité périphérique extrados 14 gauche. Dans la position initiale (figure 1a), la cavité périphérique extrados en la partie inférieure est initialement vide, ou à volume minimal. Les figures suivantes (1b à 1f) montrent l'évolution de cette cavité (représentée pointillée) quand le losange 4 tourne dans le sens indiqué sur la figure. La figure ne représente pas les dispositifs de remplissage. La figure 1b montre le début de l'admission. La figure 1c montre un état de la phase d'admission où la cavité augmente encore en volume. Sur la figure 1d, la cavité périphérique extrados 14 gauche a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange 4 prend alors la forme d'un carré. Ensuite (figure 1e), le volume de la cavité décroît et le fluide est évacué. Les dispositifs de refoulement ne sont pas représentés sur cette figure. Sur la figure 1f, la cavité périphérique extrados 14 gauche atteint son volume minimal voire se vide complètement. C'est à la fois la fin du refoulement et le début de l'admission pour la cavité qui suit. Le cycle analogue pour la cavité périphérique extrados 14 droite est montré sur les figures 2a à 2f. Chaque cavité périphérique extrados 14 droite effectue un cycle par demi-tour. A titre d'exemple, la cylindrée d'une telle cavité représente environ 1/50' ^eme du volume de la machine, soit une cylindrée de 4/50' ^eme du volume de la machine par tour. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités périphériques extrados 14 par des canaux pratiqués dans les pistons 6, ou dans les pivots 7 ou dans le stator 2 ou encore dans les flasques latéraux 12, 13 de fermeture, tel qu'il sera expliqué par la suite.

On peut ainsi réaliser un dispositif qui exploite une, deux, trois ou quatre cavités périphériques extrados 14 simultanément, l'écart de phase de deux cavités adjacentes étant de 90°. Ces cavités périphériques extrados 14 peuvent avoir la même fonction (pompe, compresseur, moteur etc.) ou non. A titre d'exemple, une cavité peut recevoir un gaz sous pression qui met le rotor en mouvement, alors que les autres travaillent comme compresseur ou comme pompe. Si plusieurs cavités travaillent comme pompe, elles peuvent travailler avec le même fluide ou avec un fluide différent. Cependant, les cavités périphériques extrados 14 utilisant la même paroi intérieure du stator, il y a un risque de contamination entre les différents fluides des cavités périphériques extrados 14, car il y aura toujours un film permanent qui se forme sur cette paroi intérieure. Il faut évaluer ce risque pour chaque cas ; il peut par exemple être acceptable de transporter deux liquides alimentaires (p. ex. eau et lait ou lait et pâte à base de lait) dans deux cavités périphériques extrados, mais il ne serait probablement pas acceptable de transporter un liquide alimentaire et un liquide non alimentaire dans deux cavités périphériques extrados 14, adjacentes ou non. Pour éviter tout risque de contamination croisée, il faut utiliser deux cavités totalement séparées. Cela sera expliqué ci-dessous. Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 1 et 2 présente un nombre de cavités périphériques extrados gauche 14 de 2 ou 4 par tour, un nombre de cavités périphériques extrados droite 14 de 2 par tour, et une cavité centrale, ce qui fait un nombre total instantané de 5 cavités, pouvant remplir trois fonctions. Dans une variante illustrée à la figure 3, une cavité externe est une cavité externe de jonction en étant définie par l'espace compris entre deux pistons 6 connexes du rotor 3 ou qui ont une liaison pivot (ou articulation pivotante) 7 en commun et la paroi intérieure du stator 2 (ou enceinte 1), quatre cavités étant ainsi définies dans l'espace compris entre le rotor 3 et le stator 2. Le stator 2 peut présenter une enceinte 1 de forme elliptique ou circulaire. Dans le cas où l'enceinte est circulaire, elle présente un axe longitudinal qui est commun avec celui de rotation de la machine et la cavité définie avec les flasques latéraux de fermeture est une cavité circulaire extrados 15. Une telle cavité circulaire extrados 15 effectue un cycle par demi-tour de rotation du rotor, et les quatre cavités se succèdent sur un tour. A titre d'exemple, la cylindrée de la cavité circulaire extrados 15 peut représenter 1/100' ^eme du volume de la machine, soit une cylindrée de 2/25' ^eme du volume de la machine par tour si les cycles effectués à chaque demi-tour et les quatre cavités sont cumulés sur une même fonction. Le guidage de la déformation du rotor 3 est réalisé par un arbre central de section elliptique 16. Le volume de cette cavité varie en fonction de la position du rotor 3, notamment, il croît d'une position où le volume est minimal (fig.3a) à une position d'admission de fluide (fig.3b), atteint son volume maximal en position de déformation maximum du losange 4 (fig.3c), pour décroître encore et comprimer le fluide (fig.3d) avant de l'éliminer complètement de la cavité circulaire extrados 15 (position du losange similaire à celle de la position 3a). Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités circulaires extrados 15 par des canaux pratiqués dans les pistons 6, ou dans les pivots 7 ou dans le stator 2 ou encore dans les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Avantageusement, lorsque l'enceinte 1 est circulaire, cette variante de réalisation comporte une simplification constructive associée à une réduction significative du coût de fabrication, dans la mesure où le stator 2 et l'enceinte 1 peuvent être obtenus directement à partir un profilé standard de section circulaire, évitant les opérations d'usinage par enlèvement de matière. Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 3 présente un nombre de cavités circulaires extrados 15 de 8 par tour, un nombre de cavités périphériques intrados 17 de 8 par tour, ce qui fait un nombre total instantané de 8 cavités, pouvant remplir quatre fonctions.

Dans un second mode de réalisation relatif aux cavités internes, qui peut être combiné avec le premier mode, une cavité de travail est formée par une cavité interne au rotor 3. Cette cavité utilise un profil interne au losange 4, ce profil étant de type MRLD, c'est à dire un profil qui respecte les lois de déformation du losange, qui est, dans une première variante illustrée aux figures 4a à 4d, associé avec la surface intérieure appelée face intrados 11 des pistons 6. La figure 4a montre un exemple de quatre cavités périphériques intrados 17, dont deux à gauche et deux à droite, tel que vu par rapport à un axe vertical passant par le centre du rotor 3. On peut aussi utiliser, alternativement ou en même temps, la cavité périphérique intrados gauche ou celle de droite. Ainsi, on dispose, comme dans le cas des cavités périphériques extrados 14, de jusqu'à quatre cavités périphériques intrados 17 de travail en simultané, qui peuvent remplir différentes fonctions, mais qui partagent un élément commun, l'arbre central, susceptible de conduire à une contamination croisée. Le profil qui est à l'extérieur du losange offre une surface commune à toutes les cavités périphériques extrados. De la même manière, le profil qui est à l'intérieur du losange offre une surface commune à toutes les cavités périphériques intrados. Toutefois, l'étanchéité dynamique entre les flasques de la machine et les pistons peuvent permettre une contamination croisée. Comme indiqué ci-dessus, il y a peu de risque de contamination croisée entre les cavités périphériques extrados 14 et les cavités périphériques intrados 17, et si l'on veut utiliser deux fluides de travail incompatibles entre eux, on emploie le premier de ces fluides dans une cavité périphérique extrados 14, et le second dans une cavité périphérique intrados 17. Il est à noter sur les figures 4b à 4d que les cavités extrados 14 gauche et intrados 17 gauche sont en opposition de phase (le volume de l'une croît, alors que le volume de l'autre décroît avec la rotation du losange 4, et arrive à une valeur maximale alors que la valeur de l'autre est minimale) et il en est de même pour les cavités extrados 14 et intrados 17 de droite. La cylindrée d'une cavité périphérique intrados 17 est légèrement plus faible que celle de la cavité périphérique extrados 14, cette différence de cylindrée est essentiellement liée à l'épaisseur des pistons. Le rapport de la cylindrée des cavités intrados sur celle des cavités extrados est inférieur à 1. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités périphériques intrados 17 par des canaux pratiqués dans les pistons 6, ou dans les pivots 7 ou dans le stator 2 ou encore dans les flasques latéraux 12,13 de fermeture.

Dans un cas extrême, on dispose ainsi de huit cavités de travail différentes. A titre d'exemple, si le rotor est mu par un moteur externe, toutes les deux fois quatre cavités peuvent être utilisées comme compresseur ou comme pompe.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 4 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, deux cavités périphériques intrados gauches 17 et deux cavités périphériques intrados gauches 17, ce qui fait un nombre total instantané de 8 cavités, pouvant remplir quatre fonctions.

Les figures 3a à 3d montrent par ailleurs des cavités périphériques intrados 17, gauche et droite, qui peuvent être combinées avec des cavités circulaires extrados 15, tel qu'il a été expliqué plus haut, afin d'obtenir jusqu'à huit cavités de travail différentes.

Dans une deuxième variante de ce mode de réalisation illustrée aux figures 5a à 5d, les cavités internes sont des cavités circulaires intrados 18, une cavité étant formée par l'espace compris entre deux pistons 6 connexes (ou qui ont une liaison pivot 7 en commun), un cylindre de révolution 19 interne au losange 4, dont l'axe longitudinal est commun à l'arbre central de la machine. Une telle cavité circulaire intrados 18 effectue un cycle par demi-tour et les quatre cavités se succèdent sur un tour. A titre d'exemple, la cylindrée d'une telle cavité circulaire intrados 18 représente environ 1/100 ^lème du volume de la machine, soit une cylindrée de 2/25 ^lème du volume de la machine par tour si on cumule les quatre cavités et les deux cycles par tour. Il est à noter que la déformation du losange 4 est dans ce cas guidée par le profil interne de l'enceinte 1 du stator 2. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités circulaires intrados 18 par des canaux pratiqués dans les pistons 6, ou dans les pivots 7 ou dans le stator 2 ou encore dans les flasques latéraux 12, 13 de fermeture.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 5 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, et quatre cavités circulaires intrados 18, ce qui fait un nombre total instantané de 8 cavités, pouvant remplir quatre fonctions.

Dans une troisième variante de réalisation, illustrée aux figures 6a à 6d, on utilise une cavité de travail formée par une cavité interne centrale 20 du rotor 3. Cette cavité interne centrale 20 est comprise entre la surface intérieure appelée face intrados 11 de tous les pistons 6 et les flasques latéraux de fermeture (non illustrés). Dans la position initiale (figure 6a), la cavité interne centrale 20 est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (6b à 6d) montrent l'évolution de cette cavité (représentée pointillée) quand le losange 4 tourne dans le sens indiqué sur la figure. La figure ne représente pas les dispositifs de remplissage. La figure 6b montre le début de l'admission, la cavité continue à augmenter de volume durant toute la phase d'admission. Sur la figure 6c, la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange 4 prend alors la forme d'un carré. Ensuite (figure 6d), le volume de la cavité décroît et le fluide est évacué, la cavité atteint alors son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Une telle cavité interne centrale 20 effectue 4 cycles par tour, donc un cycle deux fois plus court que celui d'une cavité périphérique extrados 14. A titre d'exemple, la cylindrée de cette zone représente environ 1/40' ^eme du volume de la machine, soit 1/10' ^eme du volume de la machine par tour. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à cette cavité interne centrale 20 par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture.

Une machine qui utiliserait en combinaison les cavités externes extrados 14 et cette cavité interne centrale 20 pourrait alors disposer de cinq cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment. Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 6a à d présente un nombre de cavités périphériques extrados gauches 14 de 2 ou 4 par tour, un nombre de cavités périphériques extrados droites 14 de 2 par tour, et une cavité centrale, ce qui fait un nombre total instantané de 5 cavités, pouvant remplir trois fonctions.

Dans une quatrième variante de réalisation, une cavité de travail est réalisée par une cavité centrale du rotor ou losange 4 divisée par une diagonale 21. Cette cavité est comprise entre la surface intérieure appelée face intrados 11 de deux pistons 6 connexes et la diagonale les reliant. Dans la position initiale (figure 7a), la cavité centrale du rotor divisée par une diagonale 21 est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (b à d) montrent l'évolution de cette cavité (représentée hachurée) quand le losange 4 tourne dans le sens indiqué sur la figure. La figure ne représente pas les dispositifs de remplissage. La figure 7b montre le début de l'admission, la cavité continue à augmenter de volume durant toute la phase d'admission. Sur la figure 7c, la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange 4 prend alors la forme d'un carré. Ensuite (figure 7d), le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. En figure 7e, la cavité atteint son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Une telle cavité centrale du rotor divisée par une diagonale 21 effectue quatre cycles par tour et deux cavités se succèdent sur un tour, donc un cycle deux fois plus court que celui d'une cavité périphérique extrados. A titre d'exemple, la cylindrée de cette zone représente environ 1/80 ^ιeme du volume de la machine, soit 1/20' ^eme du volume de la machine par tour. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7, ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Il est à noter qu'une diagonale divise la cavité centrale en deux parties, ce qui permet de mettre en place deux dispositifs de même cylindrée au sein de la machine. Ces dispositifs peuvent être indépendants ou liés mécaniquement ou pouvant échanger un fluide entre eux. Une machine qui utiliserait en combinaison les cavités externes périphériques 14 et deux telles cavités centrales divisées par une diagonale 21 pourrait alors disposer de six cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment.

Les changements de longueur de la diagonale du rotor peuvent être compensés par une glissière 22, par une membrane ou autre dispositif permettant de compenser une variation de longueur de la paroi diagonale et d'assurer en même temps l'étanchéité de la cavité.

Dans une cinquième variante, on peut utiliser comme cavité de travail, la cavité cylindrique de glissière 23 (représentée hachurée sur la figure 7f) qui se trouve donc à l'intérieur du cylindre 24 de la glissière 22 de fermeture de la cavité centrale divisée par une diagonale 21. Le volume de cette cavité cylindrique de glissière 23 peut varier entre un volume minimal, la glissière ayant alors la longueur de la petite diagonale (comme dans la position illustrée à la figure 7c) et un volume maximal illustré à la figure 7f, quand la glissière 22 arrive à la longueur de la grande diagonale. Une machine qui utiliserait en combinaison les cavités externes extrados 14 et deux telles cavités centrales divisées par une diagonale 21 et où chaque diagonale disposerait d'une cavité cylindrique de glissière 23 à volume variable pourrait alors disposer de sept cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 7 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, deux cavités centrales divisées par une diagonale 21 et une cavité cylindrique de glissière 23, ce qui fait un nombre total instantané de 7 cavités, pouvant remplir cinq fonctions.

Dans une sixième variante de réalisation qui est mieux visible aux figures 8a à 8e, une cavité interne de travail est réalisée par une cavité centrale du rotor divisée par les deux diagonales 25 du losange 4. Cette cavité est comprise entre la surface intérieure appelée face intrados 11 d'un piston 6 et les deux diagonales reliant ses articulations pivotantes 7. Dans la position initiale (figure 8a), la cavité est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (8b à 8e) montrent l'évolution de cette cavité (représentée pointillée) quand le losange 4 tourne dans le sens indiqué sur les figures. Les figures ne représentent pas les dispositifs de remplissage. La figure 8b montre le début de l'admission, la cavité continue à augmenter de volume durant toute la phase d'admission. Sur la figure 8c, la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange 4 prend alors la forme d'un carré. Ensuite (figure 8d), le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. En figure 8e, la cavité atteint son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Une telle cavité centrale du rotor divisée par les deux diagonales 25 effectue quatre cycles par tour et quatre cavités se succèdent sur un tour, donc un cycle deux fois plus court que celui d'une cavité périphérique extrados. A titre d'exemple, la cylindrée de cette cavité seule et sur un seul cycle représente environ 1/160' ^eme du volume de la machine, soit une cylindrée de 1/10' ^eme du volume de la machine par tour et pour les quatre cavités. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 6 ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. II est à noter que les diagonales divisent la cavité centrale en quatre parties, ce qui permet de mettre en place quatre dispositifs de même cylindrée au sein de la machine. Ces dispositifs peuvent être indépendants (fonctionner de manière indépendante l'un par rapport à l'autre) ou être liés mécaniquement ou pouvant échanger un fluide entre eux. Une machine qui utiliserait en combinaison les cavités périphériques extrados 14 et quatre telles cavités centrales divisées par une diagonale 25 pourrait alors disposer de huit cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment. Les changements de longueur de la diagonale du rotor peuvent être compensées par une glissière, par une membrane ou autre dispositif permettant de compenser une variation de longueur de la paroi diagonale et d'assurer en même temps l'étanchéité de la cavité.

Dans une septième variante, une cavité cylindrique centrale 26 peut être réalisée au centre des diagonales du losange 4, la cavité étant formée par quatre pistons coulissants 27 (fig.δc), en étant agencés deux par deux sur une même diagonale et coulissant dans des directions opposées, pour varier le volume d'une cavité cylindrique centrale 26. Cette cavité cylindrique centrale 26 et ses variations de volume lors de la rotation du losange sont mieux visibles aux figures 8a à δe. Dans la position initiale (figure 8a), la cavité est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (8b à 8e) montrent l'évolution de cette cavité (représentée hachurée) quand le losange tourne dans le sens indiqué sur les figures. Les figures ne représentent pas les dispositifs de remplissage. La figure 8b montre le début de l'admission, la cavité continue à augmenter de volume durant toute la phase d'admission. Sur la figure 8c, la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange prend alors la forme d'un carré. Ensuite (figure 8d), le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. En figure 8e, la cavité atteint son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à cette cavité cylindrique centrale 26 par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 et les pistons coulissants 27, ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Une machine qui utiliserait en combinaison les cavités périphérique extrados 14, quatre cavités centrales divisées par deux diagonales 25 et une cavité cylindrique centrale 26 à volume variable pourrait alors disposer de neuf cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 8 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, quatre cavités centrales divisées par les deux diagonales 25 et une cavité centrale 26, ce qui fait un nombre total instantané de 9 cavités, pouvant remplir sept fonctions. Dans une huitième variante de réalisation qui est mieux visible aux figures 9a à 9c, une cavité de travail est réalisée par une cavité centrale du rotor divisée par une médiane 28 du losange 4. Cette cavité est comprise entre la surface intérieure appelée face intrados 11 d'un piston 6 et la médiane 30 reliant les centres des deux pistons 6 connexes. Dans la position initiale (figure 9a), la cavité est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (9b à 9c) montrent l'évolution de cette cavité (remplie par des points) quand le losange tourne dans le sens indiqué sur les figures. Les figures ne représentent pas les dispositifs de remplissage. La figure 9b montre la position dans laquelle la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange prend alors la forme d'un carré. Ensuite, le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. En figure 9c, la cavité atteint son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Une telle cavité centrale du rotor divisée par une médiane 28 effectue quatre cycles par tour et deux cavités se succèdent sur un tour, donc un cycle deux fois plus court que celui d'une cavité périphérique extrados. A titre d'exemple, la cylindrée de cette zone représente environ 1/80' ^eme du volume de la machine, soit une cylindrée de 1/10 ^lème du volume de la machine par tour. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Ce mode de réalisation présente l'avantage d'une simplification constructive, la médiane ne changeant pas de longueur lors de la rotation et, de ce fait, on peut utiliser des étanchéités simplifiées.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 9 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, deux cavités centrales divisées par une médiane 28, ce qui fait un nombre total instantané de 6 cavités, pouvant remplir quatre fonctions.

Dans une neuvième variante de réalisation qui est mieux visible aux figures 10a à 10c, une cavité de travail est réalisée par une cavité centrale du rotor divisée par deux médianes 29 du losange 4. Cette cavité est comprise entre la surface intérieure appelée l'intrados 11 de deux pistons 6 connexes, leur articulation pivotante 7 et les deux segments adjacents correspondant chacun à la moitié de chacune des deux médianes 30 reliant les points médians desdits pistons 6 connexes. Dans la position initiale (figure 10a), la cavité est initialement à volume minimal. Les figures suivantes (10b à 10c) montrent l'évolution de cette cavité (représentée pointillée) quand le losange tourne dans le sens indiqué sur les figures. Les figures ne représentent pas les dispositifs de remplissage. La figure 10c montre la position où la cavité a atteint son volume maximal ; de manière préférée, le losange prend alors la forme d'un carré. Ensuite, le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. En figure 10c, la cavité atteint son volume minimal, ce qui correspond à la fin du refoulement et au début de l'admission pour la cavité suivante. Une telle cavité effectue quatre cycles par tour et quatre cavités se succèdent sur un tour, donc un cycle deux fois plus court que celui d'une cavité périphérique extrados. A titre d'exemple, la cylindrée de cette cavité centrale du rotor divisée par deux médianes 29 représente environ 1/160' ^ème du volume de la machine, soit une cylindrée de 1/10 ^lème du volume de la machine par tour. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 ou par les flasques latéraux 12, 13 de fermeture. De manière similaire au mode précédent, ce mode de réalisation présente l'avantage d'une simplification constructive, du fait que les médianes du losange ne changent pas de longueur lors de la rotation de celui-ci.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 10 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, quatre cavités centrales divisées par les deux médianes 29, ce qui fait un nombre total instantané de 8 cavités, pouvant remplir six fonctions.

Dans une dixième variante de réalisation, une cavité de travail est réalisée par une cavité torique excentrée située à l'intérieur du rotor 3, deux cavités toriques excentrées 31 ,32 étant illustrées aux figures 11a à 11c. L'une de ces cavités, appelée cavité torique excentrée externe 31 , est formée par deux dispositifs toriques de section complémentaire (par exemple du type piston coulissant dans un cylindre), pouvant se déplacer en arc de cercle en suivant la déformation du losange, prenant appui chacun sur un piston 6 et fermant un volume délimité par une articulation pivotante 7 du losange 4; la face intrados 11 de deux pistons 6 connexes reliés par l'articulation pivotante 7 et la surface externe des dispositifs toriques 33. Une deuxième cavité torique interne 32 est formée à l'intérieur d'un des dispositifs toriques 33 (par exemple du cylindre) lors du déplacement, relatif au premier, d'un deuxième dispositif cylindrique (le piston). Dans la position initiale (figure 11b), la cavité est à volume minimal. Sur la figure 11c, la cavité a atteint son volume maximal, ensuite le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. Il est à noter que la cylindrée généralement très faible de cette solution et les géométries simples permettent d'obtenir des pressions très élevées dans le circuit de fluide en sortie de la machine. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Plusieurs cavités toriques peuvent être ainsi réalisées à l'intérieur du rotor, par exemple en les agençant autour de chaque articulation pivotante du losange. Une machine qui utiliserait en combinaison quatre cavités externes, quatre cavités toriques excentrées externes, et quatre cavités toriques internes et une cavité centrale à volume variable pourrait alors disposer de treize cavités de travail différentes, chacune pouvant fonctionner indépendamment. Il est à noter que la cavité centrale peut être elle-même subdivisée en plusieurs cavités par une paroi membranaire telle que décrite sur l'exemple de réalisation illustré par la figure 14, ce qui augmente le nombre total de cavités à volume variable.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 11 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, une à quatre cavité torique excentrée externe 31 , une à quatre cavités toriques internes 32 et une cavité centrale 20, ce qui fait un nombre total instantané de 13 cavités, pouvant remplir onze fonctions.

Dans une onzième variante de ce mode de réalisation, mieux visible aux figures 12a à 12c, des cavités toriques à volume variable peuvent être réalisées au centre du rotor à losange déformable. Une telle cavité est réalisée autour de l'axe central passant par le point d'intersection des médianes 30 et est délimitée par deux dispositifs toriques coulissant en arc de cercle, en prenant chacun appui sur un bras de médiane 30. Dans la position initiale, représentée à la figure 12b, la cavité torique centrale 34 est à volume minimal. Le volume de la cavité augmente avec la rotation du rotor et atteint son volume maximal (fig. 12c), ensuite le volume de la cavité décroît et le fluide commence à être évacué. Comme dans l'exemple des figures 11a à 11c, des cavités toriques de très faible volume peuvent également être formées à l'intérieur des dispositifs toriques. Afin de pouvoir échanger un fluide avec un circuit extérieur à la machine, on peut accéder à ces cavités par un arbre de rotation (non représenté), par les pivots 7 ou par les flasques latéraux 12,13 de fermeture. Ces cavités internes au rotor peuvent être utilisées en complément des cavités externes de la machine, telles que décrites dans le premier mode de réalisation et l'on obtient ainsi une machine pouvant réaliser plusieurs fonctions (moteur, de transformation de l'énergie, de pompage, de compression) simultanément (en parallèle) ou successivement (en série). Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée aux figures 12 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, une à quatre cavités toriques centrales 34, une à quatre cavités toriques excentrées externes 31 , ce qui fait un nombre total instantané de 12 cavités, pouvant remplir dix fonctions.

Un exemple d'application d'une machine dont la structure est réalisée conformément aux figures 12a à 12c sera décrit dans ce qui suit. Il s'agit d'une pompe doseuse alimentaire entraînée par de l'air comprimé.

Cette fonctionnalité est très utile lorsque l'on souhaite éviter les problèmes de pollution des organes électriques d'entraînement par les pâtes alimentaires et pour simplifier la gestion d'un automate de production bien souvent pneumatique.

De l'air comprimé remplit les cavités 14. La pression de l'air entraîne le rotor en rotation. L'air ressort des cavités 14 de la machine à une pression inférieure à celle d'entrée. Les cavités 14 turbinent l'air.

De la pâte alimentaire est dosée dans les cavités 29 avant d'être transvasée dans les cavités toriques centrales 34 (une seule cavité 34 est représentée sur les figures pour des raisons de simplification, mais on peut toutefois envisager l'utilisation de quatre cavités toriques centrales 34 avec la machine illustrée). La pâte alimentaire ainsi dosée par les premières cavités 29 est admise dans les cavités 34. La rotation du rotor entraîne la diminution du volume de la cavité 34 ce qui permet le mélange et l'injection de cette pâte dans le circuit de refoulement de la machine.

La conception de la machine est facilitée en adaptant les cylindrées des cavités aux besoins de l'automate de l'installation.

Les cavités peuvent avoir un volume mort environ nul pour éviter les zone mortes nuisibles à la sécurité alimentaire.

La construction permet un nettoyage très facile de la machine.

Le turbinage et la compression sont simultanés (fonctionnement en parallèle) alors que le dosage et l'injection de la pâte alimentaire se font successivement (pour un fonctionnement en série).

Dans un autre mode de réalisation, non illustré sur les dessins, la machine peut comporter des cavités externes, tel que décrit dans le premier mode de réalisation, et une cavité interne hélicoïdale. A titre indicatif, la cavité interne hélicoïdale peut être réalisée entre une vis pleine se déplaçant dans un taraudage borgne ajusté. Le taraudage peut être entraîné en rotation par l'un des bras médians du rotor, la vis étant fixe ou entraînée en rotation par l'autre bras médian. La différence de vitesses entre le taraudage et la vis provoque une variation de volume de la cavité interne hélicoïdale. La cylindrée de la cavité interne hélicoïdale est très faible, la pression engendrée pouvant alors atteindre des valeurs très élevées.

Les figures 13a et 13b illustrent un exemple de réalisation d'une machine selon l'invention comprenant quatre cavités périphériques extrados 14 et une cavité interne centrale 20. La cavité interne centrale 20 est délimitée par l'espace compris entre les surfaces internes ou faces intrados 11 des quatre pistons 6 et quatre membranes souples 35 fixées aux pistons 6 au niveau de leurs articulations pivotantes 7. La membrane souple 35 présente deux languettes d'extrémité 36,37 reliées par un soufflet 38. Les languettes 36,37 servent de moyen de fixation aux pistons 6, une des languettes d'extrémité 36 prenant appui sur la surface interne d'un piston 6, le soufflet 38 venant recouvrir l'articulation pivotante 7 et l'autre languette d'extrémité 37 prenant appui sur le piston 6 connexe ou adjacent au précédent. Lors de la rotation et donc de la déformation du losange 4, le soufflet 38 se déforme et assure l'étanchéité dans la cavité interne centrale 20 ainsi que l'étanchéité des cavités périphériques extrados 14 à travers l'articulation pivotante 7. Des orifices d'entrée/sortie dans les cavités externes permettent l'accès d'un fluide dans les cavités externes de la machine, ce fluide pouvant communiquer avec la cavité interne par des orifices pratiqués à travers les pistons 6 du rotor 3.

La figure 14 illustre un autre exemple de réalisation d'une machine selon l'invention où les articulations pivotantes 7 du losange 4 sont protégées par des membranes souples 35 du type précédemment décrit, mais où la cavité centrale 20 comprend une paroi membranaire souple 39 agencée selon l'une des diagonales du losange 4, de manière à relier deux articulations pivotantes 7 opposées. Cette paroi membranaire 39 divise alors la cavité centrale interne en deux cavités centrales du rotor divisées par une diagonale 21 , ayant un même volume. Les flèches de la figure 14 illustrent le circuit d'un fluide de traitement à l'intérieur de la machine à partir de son entrée (flèche E) jusqu'à sa sortie (flèche S). En fonctionnement, la machine illustrée à la figure 14, reçoit en entrée un fluide à traiter selon la direction axiale (flèche E), ce fluide subissant une première opération thermodynamique (notamment de compression ou de détente) à l'intérieur de la première cavité centrale divisée par une diagonale 21 de la machine. Le fluide est ensuite envoyé dans les cavités périphériques extrados 14 via des orifices à clapets 40 obturant les canaux pratiqués dans les pistons 6. Le fluide subit une autre opération dans les cavités périphériques extrados 14 et est ensuite refoulé dans la deuxième cavité centrale. Le fluide subit une troisième opération dans la deuxième cavité centrale divisée par une diagonale 21 , puis il est refoulé à l'extérieur de la machine selon une direction axiale de sortie (flèche S). Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée à la figure 14 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, deux cavités centrales divisées par une diagonale 21 , ce qui fait un nombre total instantané de 6 cavités, pouvant remplir trois fonctions.

Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, la machine est conçue de manière à engendrer une pression dynamique qui s'additionne à la pression statique due à la déformation de la cavité de réception du fluide de travail qu'elle met en mouvement. Cette pression dynamique est obtenue en munissant d'ailettes le stator 2, le rotor 3, les bras de médianes 30 ou les bras des diagonales 41 ,42.

Ainsi, les figures 15a et 15b illustrent un exemple de réalisation où les pistons 6 sont munis d'ailettes 44 sur l'intrados et d'ailettes 43 sur l'extrados, ces ailettes étant inclinées et uniformément reparties sur l'intrados et sur l'extrados des pistons. Un rotor 3 muni d'ailettes 43,44 tournant à l'intérieur d'un stator 2 à surface interne lisse permet à la machine d'avoir un fonctionnement de pompe centrifuge ou de turbine si l'enceinte est bien le stator. Si l'enceinte tourne alors que le losange est fixe en rotation, les ailettes des pistons 6 se comporteront comme un redresseur.

Les figures 16a et 16b illustrent un autre exemple de réalisation où la surface interne de l'enceinte 1 du stator 2 est munie d'ailettes 45 qui sont inclinées et uniformément réparties sur la surface interne du stator. Dans un autre exemple (non illustré sur les figures), l'espacement des ailettes peut être variable. Un rotor 3 ayant une face extrados 9 lisse tournant à l'intérieur d'un stator 2 muni d'ailettes 45 permet alors à la machine de fonctionner en tant que redresseur hydraulique ou pneumatique si l'enceinte est bien le stator. Si l'enceinte tourne alors que le losange est fixe en rotation, les ailettes de l'enceinte 1 se comporteront comme une pompe ou une turbine centrifuges.

Les figures 17a et 17b illustrent un autre exemple de réalisation où chaque bras de médiane 30 est muni d'ailettes 46 à parois inclinées formant ainsi une hélice 47 à quatre pales (ou plus) à l'intérieur du rotor 3. Cette solution est particulièrement avantageuse, car très simple, la longueur des bras de médiane 30 étant constante. Par ailleurs, l'écoulement du fluide à l'intérieur du rotor s'est avéré moins turbulent que lors d'un passage à l'intérieur d'un rotor muni d'ailettes sur l'intrados des pistons.

Les figures 18a et 18b illustrent encore un autre exemple de réalisation où les bras des diagonales 41 ,42 sont munis d'ailettes 48 à parois inclinées formant ainsi une hélice 49 à quatre pales (ou plus) à l'intérieur du rotor ou du losange 4. L'avantage d'un tel agencement d'ailettes est que la vitesse de rotation des bras diagonaux étant constante, l'écoulement du fluide est moins turbulent que lors d'un passage à l'intérieur d'un rotor muni d'ailettes sur l'intrados des pistons. Les pales 48 de l'hélice 49 sont télescopiques afin de pouvoir s'adapter à la variation de longueur des bras des diagonales 41 ,42 lors de la rotation du losange 4. Chaque pale 48 d'hélice comporte, dans la direction d'un bras diagonal 41 ,42, une partie fixe 50 prenant appui sur la périphérie d'une articulation pivotante 7 qui est amenée à coulisser, lors de la rotation du losange 4, à l'intérieur d'une partie d'ailette 48 appartenant à un moyeu central d'hélice 49. Dans une variante, non illustrée sur les figures, à la fois le stator 2 et le rotor 3 peuvent être munis d'ailettes du type 43,44 pour les pistons 6 du rotor 3 ou 45 pour le stator 2. On peut également envisager d'utiliser un stator à ailettes apte à recevoir un rotor muni d'ailettes 46 sur les bras de ses médianes ou encore un rotor muni d'ailettes 48 sur les bras de ses diagonales.

Avantageusement, les ailettes extrados 43, les ailettes intrados 44, les ailettes stator 45, les ailettes bras médians 46, les hélices 47,49, l'ailette bras diagonal 48 et la partie fixe ailette 50 favorisent les échanges thermiques.

La machine rotative à losange déformable de l'invention permet, de par sa construction avec au moins trois cavités à volume variable, d'assurer plusieurs fonctions choisies parmi celles de : moteur, pompe, compresseur ou turbine, ou une combinaison de celles-ci, un échange de fluide étant établi avec un ou plusieurs circuits externes à la machine, ainsi qu'entre les diverses cavités à volume variable de celle-ci. Les zones d'échange (ou moyens de transfert ou d'échange) de fluide au sein de la machine sont illustrées dans les figures 19 à 23. Ces zones d'échanges sont des orifices d'admission ou de refoulement communiquant, d'une part, avec des circuits de fluide externes à la machine et d'autre part, avec des canaux pratiqués au sein de ses éléments débouchant dans des cavités externes ou internes de la machine, tel qu'il sera expliqué par la suite.

La figure 19 illustre quatre orifices radiaux 51 d'admission ou refoulement du fluide dans les cavités externes de la machine, ces orifices sont pratiqués sur la surface externe du stator 2 et traversent radialement son épaisseur pour déboucher dans les cavités externes 8 de la machine.

Les figures 20a à 20c illustrent des orifices pratiqués dans les flasques latéraux 12,13 de fermeture de la machine, réalisés notamment sous forme d'orifices axiaux et de lumières périphériques. Tel que visible à la figure 20a, deux orifices axiaux 52 permettent une admission du fluide axialement (dans le sens de l'axe longitudinal de la machine) à l'intérieur du rotor, ces orifices pouvant avantageusement être munis de clapets assurant leur fermeture et respectivement leur ouverture. Les deux flasques latéraux 12,13 sont également munis chacun de quatre lumières périphériques 53 qui sont des fentes ayant une forme générale de demi-lune leurs dimensions et leur agencement étant réalisés de manière à ce que, au moins dans l'une des positions du rotor 3, ces lumières périphériques 53 soient complètement obstruées par les articulations pivotantes 7 du rotor 3. La figure 20b illustre une telle position où les quatre lumières périphériques 53 sont recouvertes par les quatre articulations pivotantes 7 du rotor 3. Lors de la rotation du rotor 3 dans le sens indiqué par la flèche dans les figures 20b et 20c, les lumières périphériques 53 sont découvertes progressivement et la surface de la zone d'échange augmente avec l'angle de rotation jusqu'à une position où elles sont complètement ouvertes (fig. 20c), puis la section de la zone d'échange de fluide diminue ensuite jusqu'à la position illustrée dans la figure 20b. Cette solution assure une ouverture et une fermeture progressives et automatiques de la zone d'échange entre un circuit de fluide en amont ou en aval de la machine et les cavités externes 8 de la machine, toutes les fermetures et ouvertures d'orifices étant en phase entre elles.

Les figures 21a et 21 b illustrent une autre variante de réalisation des zones d'échange de fluide à l'intérieur de la machine, notamment via des canaux 54 d'admission ou refoulement pratiqués au niveau des articulations pivotantes 7 du rotor 3. La rotation qui a lieu entre les pistons 6 et leur pivots 7 permet une ouverture et une fermeture automatique de ces canaux 54 s'étendant radialement et sur une certaine profondeur le long de l'articulation pivotante 7. On note que l'ouverture et la fermeture des canaux appartenant à deux articulations pivotantes opposées (se faisant face) sont en phase.

Les figures 22a à 22c illustrent une autre variante de réalisation des zones d'échange de fluide, cet échange se faisant par des canaux 55 pratiqués dans une direction radiale dans les pistons 6. La figure 22a illustre le rotor 3 de la machine où chaque piston 6 comprend deux orifices traversants, le passage de fluide pouvant être réalisé dans les deux sens (intérieur vers l'extérieur et vice-versa). La figure 22b illustre un exemple de rotor où chaque piston comprend un orifice traversant réalisé de manière à pouvoir recevoir un clapet de fermeture assurant le passage du fluide de l'intérieur vers l'extérieur du rotor (dans le sens des flèches de la fig.22b). La figure 22c illustre un exemple similaire au précédent, mais où le passage du fluide est permis depuis l'extérieur vers l'intérieur du rotor (dans le sens des flèches de la fig.22c).

La figure 23 illustre une autre variante de réalisation de canal axial 56 d'admission ou de refoulement de fluide, celui-ci étant réalisé dans l'arbre central ou de rotation 57 de la machine. La cavité interne de l'arbre de rotation 57 comprend un premier canal axial 56 dont l'orifice d'entrée se trouve à une première extrémité 58 de l'arbre et l'orifice de sortie 59 au niveau du plan médian de la machine, ainsi qu'un deuxième canal axial 56' qui part de ce plan milieu et va jusqu'à la deuxième extrémité 60 de l'arbre de rotation 57. Des orifices, munis de préférence de clapets, permettent l'admission du fluide véhiculé par l'arbre central dans les cavités qu'il traverse, voire le refoulement du fluide des cavités via le canal axial de l'arbre vers un circuit externe de la machine.

Les canaux d'admission et de refoulement de fluide dans diverses cavités de la machine peuvent présenter des sections dites libres (par exemple des orifices, des lumières ou fentes) qui sont successivement obstruées, puis ouvertes lors de la rotation du rotor, ou ils peuvent être munis de clapets ou soupapes (éventuellement à ressort de rappel) actionnés en ouverture/fermeture par une différence de pression de fluide, ou, dans une autre variante de réalisation, ils peuvent être munis de dispositifs de fermeture/ouverture commandés par des actionneurs électriques ou électromécaniques (par exemple électrovannes, soupapes commandées, etc ...). Une combinaison des moyens de fermeture/ouverture des canaux peut être également envisagée, par exemple lesdites sections libres peuvent comporter, de plus, un dispositif piloté (tel un obturateur rotatif à rotation contrôlée) pouvant par exemple effectuer une variation de la surface de la section de la zone d'échange.

Les figures 24 à 28 illustrent un compresseur 80 selon l'invention, plus particulièrement utilisant deux de ses cavités externes en tant que turbine à eau, deux de ses autres cavités externes ainsi que plusieurs cavités internes en tant que pompes à air, chacune étant apte à fournir différentes valeurs de la pression de l'air en sortie, tel qu'il sera expliqué par la suite. Dans cet exemple, la fonction principale de la machine est de turbiner de l'eau pour comprimer de l'air, la source d'eau pouvant être, par exemple, un robinet d'eau courante du réseau de distribution classique. L'air ambiant peut soit être comprimé à une pression supérieure à celle de l'eau, mais à un débit plus faible, soit à un débit plus important, mais une pression plus faible. L'application est un compresseur/gonfleur destiné aux roues de vélos, aux ballons, aux matelas pneumatiques de plage, lits gonflables, ou autre.

Ainsi, à titre d'exemple, la machine illustrée à la figure 24 présente deux cavités périphériques extrados gauches 14, deux cavités périphériques extrados droites 14, quatre cavités toriques 66, et une cavité centrale 67, ce qui fait un nombre total instantané de 9 cavités, pouvant remplir cinq fonctions.

La figure 24 illustre une vue en perspective de la machine, l'un des flasques latéraux de fermeture ayant été retiré pour laisser visibles les éléments internes de la machine. La machine comporte un stator 2 dont l'enceinte 1 reçoit un rotor 3 à losange déformable 4, dont les articulations pivotantes 7 sont en contact, avec ou sans jeu, avec la surface interne de l'enceinte 1 lors de la rotation du rotor 3, celle-ci s'effectuant dans le sens indiqué par la flèche de la figure 24. Le losange déformable 4 comprend quatre pistons 6 reliés l'un à l'autre par une articulation pivotante 7. Chaque piston 6 définit une cavité périphérique extrados 14 avec la surface interne du stator 2 et deux flasques latéraux de fermeture, quatre cavités périphériques extrados 14 ayant ainsi été formées à l'extérieur du rotor 3. Les quatre pistons 6 sont identiques, l'intrados d'un piston 6 est muni d'une excroissance 61 ayant une forme générale de portion de tore dont l'axe de révolution est situé dans l'axe de pivotement d'une articulation 7 reliant deux pistons 6 adjacents. Plus particulièrement, l'intrados de chaque piston 6 comprend une zone de raccord 62 de forme plane reliant une première articulation pivotante 7 de droite à l'excroissance 61 du piston 6. La zone de raccord 62 se prolonge par une zone interne 63 de forme cylindrique concave se prolongeant par une zone centrale 65 de forme générale cylindrique convexe reliée par une zone externe 64 de forme générale plane à la deuxième articulation pivotante 7 de gauche du piston 6. Les formes et les dimensions des zones constituant l'intrados d'un premier piston 6 sont réalisées de manière à ce que, en fonctionnement, chaque zone de raccord 62 de ce premier piston coopère avec une zone externe 64 d'un deuxième piston 6 adjacent et qui est situé à droite par rapport au premier, et que chaque zone centrale 65 du premier piston coopère avec une zone interne 63 d'un troisième piston, adjacent et situé à gauche par rapport au premier. Ces zones coopèrent de manière à ce que, en une position prédéterminée du losange 4, elles puissent s'emboîter et, au fur et à mesure de la rotation du losange 4, elles puissent s'écarter et se rapprocher et former ainsi des cavités internes à volume variable de réception d'un fluide. Tel que mieux visibles aux figures 24 et 28c, les zones de l'intrados des pistons 6 définissent ainsi cinq cavités internes à volume variable, dont quatre cavités toriques 66 et une cavité centrale 67.

Dans les figures 24 à 28, la partie gauche des cavités périphériques extrados 14 de la machine, plus particulièrement deux cavités périphériques extrados 14 adjacentes, est utilisée en turbine à eau, il s'agit là d'une fonction motrice de la machine. La partie droite des cavités périphériques extrados 14 de la machine, plus particulièrement les deux autres cavités périphériques extrados 14 adjacentes, est utilisée en pompe à air basse pression. Les cavités toriques 66 sont utilisées en pompe à air moyenne pression. La cavité centrale 67 est utilisée en pompe à air haute pression. La gestion du transfert de l'air comprimé entre les différentes cavités se fait via des vannes : quand le besoin en pression est faible, on souhaite utiliser les différentes pompes (constituées par la partie droite, les cavités toriques et la cavité centrale) en parallèle ; ou alors, quand le besoin en pression est important, les pompes sont utilisées en série. La machine est autonome et fonctionne sans arbre de transmission mécanique. En effet, il y a équilibre entre l'énergie fournie par le fluide turbiné et le gaz comprimé.

Le stator 2, le flasque latéral de fermeture 12 et les différentes zones d'admission et de refoulement de fluide dans la machine sont mieux visibles dans les figures 25 à 27. Le stator 2 est une cuve comportant une paroi de fond 68, son enceinte 1 étant fermée par un flasque latéral 12. Le stator 2 est fermé par le flasque 12 à l'aide des vis de fixation traversant les passages 69 pratiqués sur le pourtour du stator 2 et du flasque latéral 12. La paroi de fond

68 du stator comprend quatre alvéoles creuses agencées sur sa périphérie et ayant une forme en demi-lune et se prolongeant chacune par un canal radial 75 débouchant dans une cavité extrados 14. La paroi de fond 68 comprend : une demi-lune 71 d'admission d'air, une demi-lune 72 de refoulement d'air, une demi-lune 73 d'admission d'eau et une demi-lune 74 de refoulement d'eau.

La paroi de fond 68 comprend par ailleurs, au niveau de la zone couverte par le rotor, quatre glaces de distribution dont deux glaces d'admission 76 d'air dans les cavités toriques 66 et deux glaces de refoulement d'air 77 dans les cavités toriques 66. La paroi de fond 68 comporte également, dans sa zone centrale deux renfoncements d'admission d'air 79 et deux renfoncements de refoulement d'air 78 coopérant avec la cavité centrale 67. Les raccordements avec des conduits de circulation de fluide (tuyaux, durites de connexion, etc.) sont représentés par des cercles (mieux visibles à la figure 26) à l'intérieur de chaque zone d'admission, respectivement de refoulement de la paroi 68.

Le fonctionnement du compresseur sera maintenant expliqué en référence aux figures 28a à

28d.

La figure 28a illustre le compresseur 80 dans la position la plus écrasée du losange 4, deux cavités toriques 66 opposées sont à leur volume maximal et les deux autres à leur volume minimal, la cavité centrale 67 est à son volume minimal et les cavités périphériques intrados sont en position intermédiaire.

La figure 28b illustre le compresseur 80 dans la position dans laquelle le losange 4 tend vers la forme d'un carré. Dans cette phase, les cavités toriques 66 commencent le refoulement de l'air (à gauche et à droite) et l'aspiration (en haut et en bas). La cavité centrale 67 commence à aspirer et les cavités périphériques extrados 14 sont en fin d'aspiration (en haut et en bas) et en début de refoulement (à gauche et à droite).

La figure 28c illustre une phase suivante de la rotation du losange, celui-ci ayant pris la forme d'un carré, où les cavités toriques 66 continuent l'aspiration du fluide (en haut et en bas) et le refoulement (à gauche et à droite), la cavité centrale 67 a atteint son volume maximal et les cavités périphériques extrados 14 ont fini l'aspiration (en haut et en bas) et le refoulement (à gauche et à droite).

La figure 28d illustre une phase suivante où les cavités toriques 66 finissent l'aspiration du fluide (en haut à droite et en bas à gauche) et le refoulement (en haut à gauche et en bas à droite), la cavité centrale 67 est en plein refoulement et les cavités périphériques extrados

14 commencent le refoulement (en haut et en bas) et l'aspiration (à gauche et à droite).

Un exemple d'utilisation d'un tel compresseur 80 est lorsqu'il reçoit, à l'entrée, de la puissance en turbinant l'eau du réseau d'adduction classique et qu'il envoie, en refoulement, de l'air comprimé. Le débit d'eau reçu d'une valeur d'environ 10 L/min est turbiné d'une pression de 2 bar absolus à la pression atmosphérique (un fonctionnement à la pression standard du réseau de 3 bars relatifs est également possible). Pour cela, la machine utilise deux des quatre cavités périphériques 14 (en haut à gauche et en haut à droite) qui sont formées par l'extrados du piston 6 et la surface interne du stator 2. Les autres cavités sont utilisées pour le pompage de l'air. La puissance reçue par la machine est ensuite absorbée par les différentes pompes intégrées qui compriment l'air de la pression atmosphérique à la pression aval. Afin d'optimiser le fonctionnement de la machine, les différentes pompes seront en charge ou alors court-circuitées selon les besoins en pression à l'aval de la machine.

L'équilibre entre la puissance reçue et la puissance consommée se fait sans arbre moteur. En effet, si le besoin en pression est faible (début du gonflage, la pression est essentiellement due aux pertes de charges), alors toutes les pompes seront en charge et le débit est maximal. Le débit de l'ensemble des pompes est alors d'environ 30 NL/min (normaux litres par minute), soit de 10 NL/min pour les cavités extrados 14 réservées au pompage de l'air, de 16 NL/min pour les cavités toriques 66 et 4 NL/min pour la cavité centrale 67, pour une surpression allant jusqu'à 0,3 bar. Si la pression délivrée devient insuffisante (mise sous pression progressive du volume à gonfler), les cavités toriques 66 sont court-circuitées et le débit diminue au profit de la pression. Le débit de l'ensemble des pompes est alors d'environ 14 NL/min (10 NL/min pour les cavités périphériques extrados 14 réservées au pompage de l'air et 4 NL/min pour la cavité centrale 67) pour une surpression allant jusqu'à 0,6 bar. Enfin, le gonflage à pression maximale se fait en court-circuitant aussi les cavités périphériques extrados 14 de la pompe, pour ne garder que la turbine à eau et la cavité centrale 67. Le débit de la cavité centrale 67 est d'environ 4 NL/min pour une surpression allant jusqu'à 2 bar soit environ 3 bar absolus.

Lorsque le losange est dans la configuration particulière où il forme un carré (fig.28c), la machine est à un point mort. Pour rendre cette position instable, on peut utiliser un dispositif d'actionnement (tel un dispositif à ressorts agencés entre deux pistons connexes ou à aimants intégrés dans les pistons) afin de favoriser le déplacement vers la position la plus écrasée du losange.

Les caractéristiques techniques de la machine sont données ci-dessous à titre d'exemple. La machine à une taille très compacte. En effet, la longueur (selon le grand axe de la section transversale du stator) est d'environ 70 mm, la largeur (selon le petit axe de la section transversale du stator) est d'environ 60 mm et la profondeur (selon l'axe longitudinal) est d'environ 40 mm. Une machine améliorée, plus compacte et plus légère peut être conçue pour des vitesses de rotation plus élevées, tout en la munissant de systèmes d'étanchéité au niveau de ses zones d'échange de fluide. À l'inverse, il est aussi possible d'envisager un dimensionnement plus important de la machine, lorsque l'on alourdit les pistons afin d'augmenter le moment d'inertie du losange autour de l'axe de rotation.

A titre indicatif, les tolérances dimensionnelles et géométriques sont de l'ordre du centième de mm afin de limiter les fuites. Le volume maximal d'une cavité périphérique extrados 14 est d'environ 5 cm ³ , celui d'une cavité torique 66 est d'environ 4 cm ³ et celui de la cavité centrale 67 de 2 cm ³ . Le volume mort d'une cavité périphérique extrados 14 est négligeable et dépend essentiellement des conduites d'admission et de refoulement, soit d'environ 0,1 cm ³ pour une conduite de la pompe à air et 1 cm ³ pour une conduite de la turbine à eau. Le volume mort d'une cavité torique 66 est négligeable et dépend aussi essentiellement des conduites d'admission et de refoulement, soit environ 0,1 cm ³ . Enfin, la cavité centrale 67 a un volume mort qui dépend aussi de la forme de la cavité, mais qui peut être réduit à environ 0,2 cm ³ . La machine est étanche vis-à-vis de l'extérieur car elle se satisfait d'étanchéités statiques (sans mouvement relatifs de pièces). Les étanchéités internes de la machine se font essentiellement par des jeux réduits, de grandes zones de laminage de fuites et l'utilisation des déformations des pièces sous pression pour diminuer les jeux et améliorer l'étanchéité. La machine peut être réalisée à l'aide de matériaux plastiques à bas coefficient de frottement pour assurer la légèreté de l'ensemble, car la pression est faible est les pièces on une conception très robuste.

La machine peut encaisser les problèmes de présence d'eau dans les pompes à air, grâce notamment aux volumes morts, ceux-ci servant d'amortisseurs pneumatiques pour éviter le choc hydraulique lors de la diminution du volume. De plus, en cas de fort excès de liquide dans les zones pneumatiques, la pression augmentant fortement, les pistons et les flasques se déforment pour libérer un passage au fluide.

Dans l'exemple décrit, le compresseur 80 est conçu pour tourner à 500 tr/min pour un débit d'eau de 10 L/min. Cette vitesse, bien que faible, assure la continuité du mouvement et le passage des points morts aisément.

La machine peut fonctionner avec une eau à une température comprise entre 10 et 60 ⁰ C, dans un air ambiant entre 10 et 5O ⁰ C et avec de l'air ou de l'eau très pollués (taille et concentration des particules élevées, pouvant par exemple contenir des particules de sable), la machine étant équipée de filtres en amont de l'alimentation en eau et en amont de l'alimentation en air, permettant de filtrer les particules dans ces fluides d'une taille supérieure à 20 microns. Le passage de l'eau dans le dispositif à gonfler est évité grâce à un petit tuyau vertical dirigé vers le haut dès la sortie de la machine. Ce dispositif permet aux gouttelettes d'eau présentes dans l'air de retomber, mais ne gêne pas le passage de l'air. Cette portion de tuyau peut être connectée à l'admission d'eau pour vider ce tuyau automatiquement. Ce tuyau n'est pas représenté sur les figures, de même ne sont pas représentés les systèmes de court-circuitage.

La machine illustrée aux figures 24 à 28 peut également fonctionner en tant que compresseur à plusieurs étages de compression. Ainsi, lorsqu'une fonction compresseur doit être remplie en plusieurs étages de compression, notamment pour favoriser le rendement, une machine MRLD selon l'invention, d'un diamètre extérieur de 250 mm et d'une profondeur de 140 mm (selon l'axe longitudinal de la machine), peut admettre des cylindrées par tour de 1.022 cm ³ pour le premier étage de compression, de 680 cm ³ pour le second étage de compression et de 102 cm ³ pour le troisième étage de compression, d'un même fluide transitant successivement à travers les cavités périphériques extrados 14, les cavités toriques 66 puis la cavité centrale 67. Un tel compresseur tri-étagé (ou multicompresseur) selon l'invention possède un volume d'encombrement de 6.872 cm ³ . Or, un dispositif composé de 3 machines MRLD connues de l'état de la technique, fonctionnant chacune en tant que compresseur pour remplir individuellement l'une des trois fonctions de compression de la machine tri-étagée, possédant des cylindrées par tour identiques mais n'exploitant que les cavités externes, aurait un volume d'encombrement de 14.120 cm ³ , s'il était réalisé suivant des caractéristiques de construction similaires au compresseur MRLD tri-étagé de l'invention. Ainsi, la machine MRLD selon l'invention, intégrant trois fonctions de compression dans le même rotor, possède une densité de puissance 2,05 fois supérieure à un dispositif composé de trois machines MRLD connues de l'état de la technique.

En conséquence, la mise en oeuvre de plusieurs machines MRLD différentes, telles que connues dans l'état de la technique, pour réaliser une fonction (par exemple de compression ou de détente sur un fluide compressible), lorsque cette fonction doit nécessairement être segmentée en plusieurs fonctions successives de même nature, en raison de l'étendue importante de la variation d'au moins un des paramètres du fluide (typiquement pour des rapport de pression supérieur à 10) ou pour un objectif d'amélioration du rendement, peut désormais être réalisée par une seule machine MRLD selon l'invention. Avantageusement, l'invention apporte des réponses dans de nombreuses applications, en particulier les applications dites mobiles ou embarquées, qui ont comme critères techniques primordiaux la réduction de l'encombrement et/ou de la masse.

Un autre exemple d'application de la machine de l'invention dont la structure est illustrée aux figures 24 à 28 est décrit dans ce qui suit. Il s'agit d'un convertisseur d'énergie hydraulique en énergie pneumatique autonome sans transmission. Il peut assurer la production locale d'air comprimé sans recours à un compresseur. Cette fonctionnalité est très pertinente à l'extrémité d'une flèche de pelle hydraulique sur laquelle on souhaiterait installer un système pneumatique à choc.

Ainsi, en entrée de la machine, de l'huile sous haute pression remplit les cavités 66. La pression de l'huile entraîne le rotor en rotation. L'huile ressort des cavités 66 de la machine à une pression réduite, inférieure à celle d'entrée. Les cavités 66 turbinent l'huile. De l'air à pression ambiante est admis dans les cavités 14. La rotation du rotor entraîne la diminution du volume des cavités 14 et la compression du gaz qu'elles contiennent. L'air ainsi comprimé est refoulé dans la cavité 67 via un circuit d'air intermédiaire. L'air comprimé refoulé par les cavités 14 est admis dans la cavité 67. La rotation du rotor entraîne la diminution du volume de la cavité 67 et la compression du gaz qu'elle contient. L'air ainsi sur-comprimé est refoulé à destination de l'application.

L'huile assure une barrière d'étanchéité entre les deux étages de compression. Une application pneumatique en circuit fermé évite la pollution de l'air. Il est très facile de séparer l'huile et l'air et de réintégrer l'huile dans le circuit via un système de purge automatique.

L'air en faible quantité dans l'huile ne constitue pas un polluant pour l'huile et n'entraîne pas de conséquences majeures car l'air se séparera de l'huile lors de la décantation dans le réservoir.

Par ailleurs, la machine ainsi réalisée ne nécessite pas d'arbre de transmission mécanique. La puissance générée par le turbinage de l'huile est absorbée par la compression de l'air. Le turbinage et la compression sont simultanés (fonctionnement en parallèle) alors que les deux étages de compression se font successivement (pour un fonctionnement en série).

D'autres variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être envisagés sans sortir du cadre de l'invention telle que délimitée dans les revendications.