La présente invention concerne un dispositif mécanique rotatif mettant en œuvre l'énergie pneumatique.

Il existe de nombreux dispositifs de ce type, utilisés dans de nombreuses branches industrielles.

De tels dispositifs présentent néanmoins un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels:

Les dispositifs sont complexes, certaines pièces s'usent rapidement et sont difficiles à changer.

Les contraintes géométriques et les paramètres mécaniques, tels les débits et. les vitesses de rotation, vont à l 'encontre de la flexibilité d'utilisation.

L'énergie mise en ouvre est généralement celle de l'air comprimé.

Le démarrage initial au point mort nécessite la fourniture d'un pic d'énergie.

Enfin, tous les dispositifs connus consomment cinq fois plus d'air que l'invention pour fournir un kilowatt heure d'énergie rotative lors de la détente.

Un premier but de la présente invention est donc de pallier ces différents inconvénients, en proposant un dispositif mécanique constitué d'au moins une cellule motrice réceptrice rotative, comprenant un stator et un rotor concentriques, coaxiaux par rapport à un axe.

Les termes « statorique » et « rotorique » seront ultérieurement utilisés en référence à un stator et à un rotor .

Selon une caractéristique majeure de l'invention, le stator présente des évidements dans sa paroi interne statorique, d'enveloppe cylindrique. Les évidements constituent des chambres de travail, aptes à héberger au moins un gaz.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les chambres de travail sont séparées et délimitées par des crêtes statoriques, inscrites idéalement dans cette enveloppe cylindrique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor présente une paroi externe rotorique cylindrique. Le stator est solidaire de deux flasques latérales idéalement planes. Les chambres de travail sont délimitées longitudinalement par la paroi interne statorique et par la paroi externe rotorique, et latéralement par les flasques latérales .

Selon une autre caractéristique de l'invention, les chambres de travail sont identiques et disposées à équidistance angulaire sur le stator.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque chambre de travail présente un creux statorique situé à l'emplacement de moindre épaisseur du stator, et idéalement équidistant des deux crêtes statoriques voisines .

Selon une autre caractéristique de l'invention, le stator est délimité extérieurement par une paroi externe statorique. Chaque chambre de travail est munie de canalisations traversantes débouchant sur la paroi externe statorique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque chambre de travail est munie à son creux statorique d'une canalisation traversante constituant un évent .

Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque chambre de travail est munie à proximité de chacune de deux desdites crêtes statoriques la délimitant, d'une part d'une canalisation traversante constituant un canal d'entrée et d'autre part d'une canalisation traversante constituant un canal de sortie respectivement situés en amont et en aval par rapport au sens de rotation du rotor.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor est apte à tourner indifféremment dans les deux sens. Les canaux d'entrée et de sortie sont identiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, le rotor présente des lumières idéalement radiales aptes à héberger chacune une palette mobile.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les lumières radiales sont munies d'un moyen de poussée vers l'extérieur, les palettes mobiles sont plaquées en permanence contre la paroi interne statorique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de poussée est pneumatique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les lumières radiales communiquent avec les chambres de travail.

Selon une autre caractéristique de l'invention, les lumières radiales sont disposées à équidistance angulaire sur le rotor.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni de « i » chambres de travail, et de « j » palettes mobiles. « j » est un multiple de « i », et en est préférentiellement le double.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni de « i» chambres de travail et de « j » palettes mobiles. « j » n'est pas un multiple de « i », et est préférentiellement un nombre pair.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni d'un moyen d'échange et de récupération de calories du gaz sortant. Ce moyen est idéalement associé au canal de sortie.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni d'un moyen de réchauffage et d'apport de calories au gaz sortant. Ce moyen est idéalement associé au canal d'entrée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni d'un moyen de réglage du débit d'injection de tout ou partie du gaz entrant. Ce moyen est idéalement associé au canal d'entrée.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de réglage du débit d'injection autorise l'injection programmée d'un volume de gaz correspondant à une fraction déterminée du volume de chacune desdites chambres de travail .

Cette caractéristique autorise la détente de cent pour cent du volume de chaque chambre de travail.

Elle permet également de consommer cinq fois moins d'air que les dispositifs connus pour fournir un kilowatt heure d'énergie lors de la détente.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de réglage du débit d'injection autorise des séquences d'injection d'un volume de gaz lié à la vitesse de rotation du rotor, en mettant en œuvre un élément dédié tel un ensemble de micro interrupteurs ou une alimentation séquentielle .

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni d'une part d'un moyen de récupération du gaz sortant, ce moyen de récupération étant idéalement associé au canal de sortie, et d'autre part, étant associé au moyen de récupération, d'un moyen de réinjection de tout ou partie du gaz sortant, idéalement associé au canal d'entrée le gaz sortant formant alors tout ou partie du gaz entrant .

Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif est muni d'un moyen d'aspiration d'air atmosphérique, idéalement associé au canal d'entrée, apte à maintenir une pression interne du gaz au moins égale à la pression de l'air atmosphérique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'apport du gaz entrant étant momentanément interrompu, le moyen d'aspiration d'air atmosphérique est apte à fournir momentanément l'ensemble du gaz entrant par transfert de l'énergie cinétique rotative du rotor.

Un second but de la présente invention est de proposer un premier procédé de mise en œuvre du dispositif.

Selon une autre caractéristique majeure de l'invention, chaque chambre de travail présente l'alternance des deux phases de travail suivantes lors de son balayage par chaque palette mobile qui est poussée par le gaz introduit par le canal d'entrée, et entraine le rotor en rotation:

Une phase de détente du gaz situé en amont de la palette mobile, par échappement de ce gaz au travers de l'évent, lors du déplacement de la palette mobile entre le canal d'entrée et l'évent.

Une phase de compression du même gaz situé en amont de la palette mobile, puis d'échappement au travers du canal de sortie, lorsque la pression du gaz dépasse la contrepression externe au canal de sortie, idéalement exercée par un clapet antiretour, lors du déplacement de la palette mobile entre l'évent et le canal de sortie.

Un troisième but de la présente invention est de proposer un second procédé de mise en œuvre du dispositif.

Selon une autre caractéristique majeure de l'invention, l'évent est muni d'un obturateur. Chaque chambre de travail présente la phase de travail unique suivante lors de son balayage par chaque palette mobile, qui est poussée par le gaz introduit par le canal d'entrée, et entraine le rotor en rotation:

Une phase unique de compression du gaz situé en amont de la palette mobile puis d'échappement au travers du canal de sortie, lorsque la pression du gaz dépasse la contrepression externe au canal de sortie, idéalement exercée par un clapet antiretour, lors du déplacement de la palette mobile entre le canal d'entrée et le canal de sortie. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode de réalisation non exclusif d'un dispositif conforme à l'invention, donnés à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés:

La figure 1 représente une vue en coupe du dispositif conforme à l'invention, perpendiculaire à son axe de rotation .

La figure 2 représente une vue en coupe du dispositif conforme à l'invention, parallèle à son axe de rotation.

La figure 3 représente un schéma synoptique d'un premier procédé de mise en œuvre du dispositif conforme à 1 ' invention .

La figure 4 représente un schéma synoptique d'un second procédé de mise en œuvre du dispositif conforme à 1 ' invention .

En référence aux figures 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un dispositif mécanique DIS constitué d'une cellule motrice réceptrice rotative, comprenant un stator STA et un rotor ROT concentriques, coaxiaux par rapport à un axe AXE.

Dans d'autres modes de réalisation non représentés, il est possible de mettre en œuvre plusieurs cellules, par exemple empilées et assemblées.

Ledit stator STA présente des évidements dans sa paroi interne statorique PIS, d'enveloppe cylindrique EVC, représentée en pointillés sur la figure 1.

Lesdits évidements périphériques constituent des chambres de travail CHT1, six dans le cas présent, partiellement identifiés sur les figures afin de ne pas les alourdir .

Lesdites chambres sont aptes à héberger un gaz ou un mélange de gaz GAZ, par exemple de l'air atmosphérique, de la vapeur d'eau, des gaz de combustion d'un moteur thermique, des alcanes.

Lesdites chambres de travail CHT1 sont séparées et délimitées par des crêtes statoriques CTS12, CTS61, six dans le cas présent, partiellement identifiées, inscrites idéalement dans ladite enveloppe cylindrique EVC.

Dans le présent mode de réalisation, le sommet desdites crêtes est une fraction de cylindre, appartenant à ladite enveloppe cylindrique EVC.

Dans d'autres modes de réalisation, il pourrait s'agir d'une génératrice de cylindre, appartenant à ladite enveloppe cylindrique EVC.

Ledit rotor ROT présente une paroi externe rotorique PER cylindrique.

Ledit stator STA est solidaire de deux flasques latérales FLA1, FLA2 idéalement planes.

Lesdites chambres de travail CHT1 sont délimitées longitudinalement par ladite paroi interne statorique PIS et par ladite paroi externe rotorique PER, et latéralement par lesdites flasques latérales FLA1, FLA2.

Lesdites chambres de travail CHT1 sont identiques et disposées à équidistance angulaire sur ledit stator STA.

Lesdites chambres de travail CHT1 présentent chacune un creux statorique CXS1 partiellement identifié sur les figures, situé à l'emplacement de moindre épaisseur dudit stator STA, et idéalement équidistant des deux crêtes statoriques voisines CTS12, CTS61.

Le volume de chaque chambre de travail CHT1 est donc fonction de la distance entre les deux creux statoriques CTS 61, CTS 12 la délimitant, de la profondeur de son creux statorique CXS1 par rapport à ladite enveloppe cylindrique EVC, de la distance entre lesdites flasques latérales FLA1, FLA2, et dans une moindre mesure de son galbe.

Il n'est pas précisé si le galbe est une fraction de cylindre, d'ellipse, de parabole, ou tout autre profil apte à être moulé ou usiné dans le matériau constitutif.

Ledit stator STA étant délimité extérieurement par une paroi externe statorique PES, cylindrique dans le cas présent .

Chaque chambre de travail CHT1 est munie de canalisations traversantes débouchant sur ladite paroi externe statorique PES.

Lesdites canalisations traversantes sont aptes à être équipées de dispositifs pneumatiques non représentés, tels des obturateurs ou des clapets antiretour.

Chaque chambre de travail CHT1 est munie à son creux statorique CXS1 d'une canalisation traversante constituant un évent EVE1. Une partie en est représentée.

Chaque chambre de travail CHT1 est munie à proximité de chacune de deux desdites crêtes statoriques CTS 12, CTS 61, la délimitant, d'une part d'une canalisation traversante constituant un canal d'entrée CAE1, et d'autre part d'une canalisation traversante constituant un canal de sortie CAS1, respectivement situés en amont et en aval par rapport au sens de rotation dudit rotor ROT. Une partie desdits canaux en est représentée.

Ledit rotor ROT est apte à tourner indifféremment dans les deux sens. Lesdits canaux d'entrée CAE1, et de sortie CAS1, sont identiques.

Ledit rotor ROT présente des lumières ici radiales

LUM1, aptes à héberger chacune une palette mobile. Une partie desdites lumières LUM1 et desdites palettes PAL1 ist ici représentée.

Lesdites lumières radiales LUM1 sont munies d'un moyen de poussée vers l'extérieur. Lesdites palettes mobiles PAL1 sont ainsi plaquées en permanence contre ladite paroi interne statorique PIS.

Ledit moyen de poussée est pneumatique.

Lesdites lumières radiales LUM1 communiquent avec lesdites chambres de travail CHT1. Ce qui permet d'utiliser ledit gaz GAZ présent dans lesdites chambres de travail CHT1, pour participer audit moyen de poussée.

Lesdites lumières radiales LUM1 sont disposées à équidistance angulaire sur ledit rotor ROT, afin d'homogénéiser le fonctionnement desdites chambres de travail CHT1.

Lors de l'utilisation dudit dispositif DIS en mode récepteur, lesdites palettes PAL1 sont séquentiellement poussées par un gaz GAZ, ce qui provoque la rotation dudit rotor ROT. Lesdites palettes PAL1 balaient alors l'ensemble desdites chambres de travail CHT1 et sont alors séquentiellement aptes à détendre puis comprimer ledit gaz GAZ. Deux procédés illustrant cette utilisation seront présentés ultérieurement.

Inversement, lors de l'utilisation dudit dispositif DIS en mode moteur, ledit rotor ROT est mis en rotation, et entraine lesdites palettes PAL1 qui balaient alors l'ensemble desdites chambres de travail CHT1 et sont alors séquentiellement aptes à détendre puis comprimer ledit gaz GAZ.

Dans le mode de réalisation présent, ledit dispositif DIS est muni de six chambres de travail CHT1 et de douze palettes mobiles PAL1. Il y a ainsi en permanence deux palettes mobiles PAL1 en regard de chaque chambre de travail CHT1, et les cycles de fonctionnement de chaque chambre sont synchronisés.

Dans d'autres modes de réalisation non représentés, ledit dispositif DIS est muni de « i » chambres de travail CHT1, et de « j » palettes mobiles PALI, j est un multiple de i, et en est de préférence le double. Il y a ainsi en permanence deux palettes mobiles en regard de chaque chambre de travail.

Dans un autre mode de réalisation, non représenté, ledit dispositif DIS est muni de cinq chambres de travail CHT1, et de douze palettes mobiles PAL1. Il y a ainsi en permanence deux ou trois palettes mobiles en regard de chaque chambre de travail, et les cycles de fonctionnement de chaque chambre sont désynchronisés. L'avantage en est un lissage des énergies produites ou consommées, et un démarrage « à froid » sans point mort nécessitant un apport d'énergie notable.

Dans d'autres modes de réalisation apparentés au précédent, ledit dispositif est muni de « i moins un » chambres de travail CHT1 et de j palettes mobiles PAL1, j est un multiple de « i moins un », et en est préférentiellement le double.

Dans un mode de réalisation optionnel non représenté, ledit dispositif DIS est muni d'un moyen d'échange et de récupération de calories audit gaz GAZ sortant, ledit moyen étant idéalement associé audit canal de sortie CAS1. Cela permet une détente plus importante dudit gaz GAZ sans baisse de température excessive générant des problèmes de glace.

Dans un mode de réalisation optionnel non représenté, ledit dispositif mécanique DII est muni d'un moyen de réchauffage et d'apport de calories audit gaz GAZ sortant, ledit moyen étant idéalement associé audit canal d'entrée CAE1. Il en découle un accroissement de l'effet d'amplification lors du travail desdites chambres de travail CHTl.

Dans un mode de réalisation optionnel non représenté, ledit dispositif mécanique DIS est muni d'un moyen de réglage du débit d'injection de tout ou partie dudit gaz GAZ entrant. Cela permet de faire varier gérer la puissance émise par ledit dispositif DIS.

Dans une première variante, ledit moyen de réglage du débit d'injection autorise l'injection programmée d'un volume de gaz GAZ correspondant à une fraction déterminée du volume de chacune desdites chambres de travail CHT1.

Dans un vérin pneumatique, il y a injection de gaz pour remplir le volume de la chambre et c'est lorsque la pression est suffisante que le piston se déplace.

Dans le cas dudit dispositif DIS, l'injection concerne non pas un volume à pression mais un pourcentage de volume, fonction de l'équation P V = CONSTANTE, afin d'obtenir une détente complète dudit gaz GAZ.

Dans le cas d'une chambre de travail CHT1 de 410 cm3, dont on considère l'avancée par centièmes, on peut injecter le premier centième de volume soit 4,1 cm3.

Dans les conditions idéales de travail à 10 bars,

PV= 10 bars X 4.1 cm3= 41= CONSTANTE.

Pour le premier centième,

Volume = Volume initial + Volume d'injection

V = 4.1 + 4.1= 8.2 cm3

P = 41/8.2=5 Bars.

Pour le second centième,

V = 8.2 + 4.1=12.3 cm3

P= 41/12.3 = 3.33 Bars.

Jusqu'à la pression de fin de détente qui est la pression résiduelle.

P = 41/ (410+4.1) = 0.099 Bars.

Cette injection programmée autorise la détente de cent pour cent du volume de chaque chambre de travail.

Elle permet également de consommer cinq fois moins d'air que les dispositifs connus pour fournir un kilowatt heure d'énergie lors de la détente.

En effet, en se rapportant au cas pratique constitué par 100 vérins raccordés en série :

Le premier vérin étant alimenté à 10 bars, le piston fait son travail.

Le piston du premier vérin réalise un travail W1= 10 bars X Section X déplacement.

L'arrivée d'air est fermée. Le premier vérin est mis en communication avec un deuxième vérin identique. La pression s'établit dans les deux vérins à 5 bars car P V = Constante.

Le piston du second vérin réalise un travail additionnel

W2 = 5 bars X Section X Déplacement, soit 50 % du travail du premier vérin.

En extrapolant au cas de 100 vérins, la pression moyenne sera de 0.5 bars, et le travail total de

W total = 100 X 0.5 bars X Section X Déplacement.

La transposition au cas du moteur rotatif objet de l'invention nous affranchit de plus des problèmes de frottement présentés par ces vérins linéaires.

Dans une seconde variante, ledit moyen de réglage du débit d'injection autorise des séquences d'injection d'un volume de gaz GAZ lié à la vitesse de rotation dudit rotor ROT, en mettant en œuvre un élément dédié tel un ensemble de micro interrupteurs ou une alimentation séquentielle.

Dans un mode de réalisation optionnel non représenté, ledit dispositif DIS est muni de deux moyens associés : d'une part d'un moyen de récupération dudit gaz GAZ sortant, ledit moyen de récupération étant idéalement associé audit canal de sortie CAS1.

d'autre part d'un moyen de réinjection de tout ou partie dudit gaz GAZ sortant, idéalement associé audit canal d'entrée CAE1, ledit gaz GAZ sortant GAZ formant tout ou partie dudit gaz GAZ entrant.

Ce mode de réalisation autorise une reconstitution de la réserve de gaz GAZ par recompression de tout ou partie du gaz GAZ mis en œuvre.

Dans un mode de réalisation optionnel non représenté, ledit dispositif mécanique DIS est muni d'un moyen d'aspiration d'air atmosphérique, idéalement associé audit canal d'entrée CAE1, apte à maintenir une pression interne dudit gaz GAZ au moins égale à la pression dudit air atmosphérique .

Ce qui évite de mettre ledit dispositif DIS en dépression .

De plus, lorsque l'apport dudit gaz GAZ entrant est momentanément interrompu, ledit moyen d'aspiration d'air atmosphérique est apte à fournir momentanément l'ensemble dudit gaz GAZ entrant par transfert de l'énergie cinétique rotative dudit rotor ROT.

Durant la période de décélération dudit rotor ROT, ledit dispositif DIS permet de reconstituer tout ou partie de la réserve dudit GAZ, sans avoir à en consommer.

En référence à la figure 3, l'objet de l'invention concerne également un premier procédé PRO1 de mise en œuvre dudit dispositif DIS.

Chaque chambre de travail CHT1 présente l'alternance des deux phases suivantes lors de son balayage par chaque palette mobile PAL1, poussée par ledit gaz GAZ introduit par ledit canal d'entrée CAE1, et entraînant ledit rotor

ROT en rotation:

Une phase de détente P11 dudit gaz GAZ situé en amont de ladite palette mobile PAL1, par échappement au travers dudit évent EVE1, lors du déplacement de ladite palette mobile PAL1, entre ledit canal d'entrée CAE1, et ledit évent EVE1.

Une phase de compression P12 dudit gaz GAZ situé en amont de ladite palette mobile PAL1, puis d'échappement au travers dudit canal de sortie CAS1, lorsque la pression dudit gaz GAZ dépasse la contrepression externe audit canal de sortie, lors du déplacement de ladite palette mobile PAL1, entre ledit évent EVE1 et ledit canal de sortie CAS1. Ladite contrepression externe peut être réalisée par un clapet antiretour.

En référence à la figure 4, l'objet de l'invention concerne également un second procédé PRO2 de mise en œuvre dudit dispositif DIS.

Ledit évent EVE1 est muni d'un obturateur. Chaque chambre de travail CHT1 présente la phase unique suivante lors de son balayage par chaque palette mobile PAL1, poussée par ledit gaz GAZ introduit par ledit canal d'entrée CAE1, et entraînant ledit rotor ROT en rotation:

Compression P21 dudit gaz GAZ situé en amont de ladite palette mobile PAL1, puis échappement au travers dudit canal de sortie CAS1, lorsque la pression dudit gaz GAZ dépasse la contrepression externe audit canal de sortie CAS1, lors du déplacement de ladite palette mobile PAL1, entre ledit canal d'entrée CAE1 et ledit canal de sortie CAS1.

Ladite contrepression externe peut être réalisée par un clapet antiretour.

De nombreux autres procédés de mise en œuvre dudit dispositif DIS sont réalisables.

Il est bien évident que l'exemple d'un mode de réalisation que l'on vient de présenter n'est qu'une illustration particulière et en aucun cas limitative relativement aux nombreux domaines d'application de 1 ' invention .