FR3036431A1

FR3036431A1 - ROTARY ENGINE FOR TRANSFORMING ENERGY STORED IN A COMPRESSED AIR RESERVE IN MECHANICAL ENERGY

Info

Publication number: FR3036431A1
Application number: FR1501066A
Authority: FR
Inventors: Henri Vennin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-25

Abstract

L'invention concerne un moteur à air comprimé agissant sous l'action d'un vérin (1) dont le mouvement aller et retour du piston engendre la rotation d'un volant d'inertie (5). L'arbre moteur (6) supportant le volant comporte une came (9) qui, une fois par tour, appuie brièvement sur la commande d'un clapet distributeur (11) permettant d'envoyer une petite bulle d'air comprimé à l'entrée (14) du vérin au début de l'ouverture de la chambre du vérin. Le système selon l'invention permet d'ajuster la consommation d'air au meilleur taux compatible avec la charge du moteur au moyen d'un réglage angulaire de la came (9).The invention relates to a compressed air motor acting under the action of a cylinder (1), the return movement of the piston causes the rotation of a flywheel (5). The driving shaft (6) supporting the flywheel comprises a cam (9) which, once per turn, briefly presses on the control of a distributor valve (11) making it possible to send a small bubble of compressed air to the inlet (14) of the cylinder at the beginning of the opening of the cylinder chamber. The system according to the invention makes it possible to adjust the air consumption at the best rate compatible with the engine load by means of an angular adjustment of the cam (9).

Description

- 1 - Un des problèmes que l'on rencontre dans le développement des énergies renouvelables, éoliennes, ou photovoltaïques, à cause de leur intermittence, est le problème du stockage pendant les périodes de production excédentaire en vue de redistribution dans les périodes de cessation de production. La capacité de stockage devient un élément important de la disponibilité en énergie lorsque l'on désire utiliser les énergies renouvelables de façon autonome, dans des lieux isolées tels que : îles, plateformes marines, fermes isolées, villages de montagne... La présente invention concerne un moteur à air comprimé destiné à convertir l'énergie stockée dans des réservoirs de type, par exemple bouteilles de plongée sous-marine, en force rotative motrice permettant d'actionner, un alternateur, une dynamo ou tout autre système industriel. L'objet de cette invention est d'offrir un autre moyen écologique que les batteries (dont la capacité et la vitesse de charge sont limités) pour stocker l'énergie.- 1 - One of the problems that we encounter in the development of renewable, wind, or photovoltaic energy, because of their intermittency, is the problem of storage during periods of excess production for redistribution in periods of cessation of production. production. Storage capacity becomes an important element of energy availability when one wishes to use renewable energies autonomously, in isolated places such as: islands, marine platforms, isolated farms, mountain villages ... The present invention relates to a compressed air motor for converting the energy stored in type tanks, for example scuba diving cylinders, rotational driving force to operate, an alternator, a dynamo or any other industrial system. The object of this invention is to provide an alternative ecological means that batteries (whose capacity and charging speed are limited) to store energy.

Le principe du dispositif selon la présente invention est de faire agir le piston d'un vérin sur un ensemble maneton/manivelle fixé sur le côté d'un volant d'inertie de manière à mettre celui-ci en rotation lors du mouvement d'aller et de retour du piston dans le vérin. L'extrémité fermée du vérin est reliée à un axe pivot fixé sur le châssis du moteur, l'autre extrémité, celle de la pointe du piston, étant fixée au maneton solidaire de la manivelle du volant. La rotation du volant est assurée par un arbre cylindrique guidé par des roulements formant l'arbre moteur du dispositif ; celui-ci porte à son extrémité une poulie de sortie de charge. L'arbre moteur est muni d'une came, dite d'admission, actionnant un clapet distributeur, par exemple, à commande mécanique, qui envoie une petite bulle d'air comprimé par tour de volant dans le vérin afin de provoquer une impulsion de poussée du piston qui fait tourner le volant. Lorsque le clapet distributeur d'admission n'est pas actionné, sa sortie dérivée est fermée par un bouchon pour enfermer la bulle dans le vérin. La vitesse acquise par la rotation du volant entraine le mouvement de retour du piston. L'arbre moteur porte une seconde came, dite d'échappement, qui agit pendant le retour du piston, celle-ci actionne la commande d'un second clapet distributeur permettant d'ouvrir, par un circuit branché en dérivation sur l'alimentation du vérin, une sortie d'air permettant de purger le vérin ; ce qui autorise le retour du piston sans opposition.The principle of the device according to the present invention is to operate the piston of a cylinder on a crankpin / crank set on the side of a flywheel so as to rotate it during the movement to go and return of the piston in the cylinder. The closed end of the cylinder is connected to a pivot axis fixed to the motor frame, the other end, that of the piston tip, being fixed to the crank pin secured to the flywheel crank. The steering wheel is rotated by a cylindrical shaft guided by bearings forming the drive shaft of the device; it carries at its end a load output pulley. The motor shaft is provided with a so-called inlet cam, actuating a valve, for example a mechanically controlled valve, which sends a small bubble of compressed air per turn of the flywheel into the jack in order to cause a pulse of piston thrust that turns the steering wheel. When the intake manifold valve is not actuated, its derivative output is closed by a plug to enclose the bubble in the cylinder. The speed acquired by the rotation of the steering wheel causes the return movement of the piston. The motor shaft carries a second cam, said exhaust, which acts during the return of the piston, it actuates the control of a second distributor valve for opening, by a circuit connected bypass on the supply of the cylinder, an air outlet for purging the cylinder; which allows the return of the piston without opposition.

L'air comprimé stocké en bouteille, par exemple de plongée, à une pression élevée (au moins 220 bars pour les bouteilles de plongée classiques) est délivré au clapet distributeur d'admission à une pression constante (inférieure ou égale à 10 bars, compatible avec les clapets distributeurs usuels) au moyen d'un détendeur. On peut éventuellement utiliser un détendeur à pression de sortie réglable pour calibrer la pression des bulles. Le déclenchement d'une bulle se fait par un appui bref de la came d'admission sur la commande à ressort de son clapet distributeur, déclenchement qui s'effectue en début d'ouverture de la chambre du piston. Les commandes de mise en action des clapets d'admission et d'échappement peuvent également être actionnées par des moyens, optiques, 3036431 -2 électriques, ou électromagnétiques, indexés à la rotation du moteur. Appelons (a) l'angle parcouru par la ligne d'action médiane de la came depuis une ligne (A-A') de la came correspondant à la fermeture du vérin. L'angle (a) sera compris entre 15 et 45 degrés en vue d'obtenir le déclenchement d'une 5 bulle en début d'ouverture de la chambre du vérin. Le réglage angulaire de la came peut être modifié et fixé à l'aide d'une vis pointeau située sur un bossage cylindrique de la came ; réglage qui permet d'ajuster le volume offert à une bulle introduite dans le vérin. Le volume optimum des bulles sera tel que leur expansion utilisera toute l'énergie de détente ; c'est-à-dire que le volume produit 10 par la détente ramènera la pression dans le vérin à la pression atmosphérique. On peut également optimiser le volume des bulles d'air par un dimensionnement approprié de la came. Un autre moyen d'optimiser l'efficacité des bulles est d'utiliser un détendeur à pression de sortie réglable. L'objet des divers moyens d'optimisation des bulles est de réduire la consommation d'air comprimé au taux 15 minimum nécessaire à l'adaptation du moteur à sa charge ; c'est-à-dire d'optimiser le taux de transformation d'énergie stockée en énergie mécanique. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente une vue de face dispositif selon l'invention. La figure 2 représente une vue de profil du dispositif selon l'invention.Compressed air stored in bottles, for example diving, at a high pressure (at least 220 bar for conventional diving cylinders) is delivered to the intake manifold valve at a constant pressure (less than or equal to 10 bar, compatible with the usual distributor valves) by means of a pressure reducer. A pressure regulator with an adjustable outlet pressure may optionally be used to calibrate the bubble pressure. The triggering of a bubble is made by a brief support of the intake cam on the spring control of its valve dispenser, triggering which occurs at the beginning of opening of the piston chamber. The actuation commands of the intake and exhaust valves can also be actuated by means, optical, 3036431 -2 electrical, or electromagnetic, indexed to the rotation of the engine. Let us call (a) the angle traveled by the median line of action of the cam from a line (A-A ') of the cam corresponding to the closure of the cylinder. The angle (a) will be between 15 and 45 degrees in order to obtain the triggering of a bubble at the beginning of opening of the cylinder chamber. The angular adjustment of the cam can be modified and fixed by means of a set screw located on a cylindrical boss of the cam; adjustment that adjusts the volume offered to a bubble introduced into the cylinder. The optimum volume of bubbles will be such that their expansion will use all the energy of relaxation; i.e. the volume produced by the expansion will bring the pressure back into the cylinder at atmospheric pressure. It is also possible to optimize the volume of the air bubbles by appropriate dimensioning of the cam. Another way of optimizing bubble efficiency is to use an adjustable outlet pressure regulator. The purpose of the various means of optimizing the bubbles is to reduce the consumption of compressed air at the minimum rate necessary to adapt the motor to its load; that is to say, to optimize the rate of transformation of stored energy into mechanical energy. The accompanying drawings illustrate the invention: FIG. 1 represents a device front view according to the invention. FIG. 2 represents a profile view of the device according to the invention.

20 La figure 3 représente le circuit d'approvisionnement en air comprimé depuis le stockage haute pression jusqu'à l'alimentation du vérin. En référence à ces dessins, le dispositif comporte, un vérin (1), fixé à son extrémité fermée à un axe pivotant (2) solidaire du châssis (3) du moteur. A l'autre extrémité l'embout libre du piston est relié au moyen d'un ensemble - 25 maneton/manivelle (4) - à un la partie latérale extérieure d'un volant d'inertie (5) de manière à ce que le mouvement aller et retour du piston fasse tourner le volant ; celui-ci est supporté par un arbre moteur (6) dont le maintien en rotation est assuré par des roulements (7) fixés au châssis ; son extrémité est munie d'une poulie de sortie de charge (8).Figure 3 shows the compressed air supply circuit from the high pressure storage to the cylinder supply. With reference to these drawings, the device comprises, a jack (1), fixed at its closed end to a pivoting shaft (2) integral with the chassis (3) of the engine. At the other end the free end of the piston is connected by means of a crankpin / crank assembly (4) to an outer lateral part of a flywheel (5) so that the forward and back movement of the piston turns the steering wheel; it is supported by a motor shaft (6) whose rotation is maintained by bearings (7) fixed to the frame; its end is provided with a load output pulley (8).

30 L'arbre moteur (6) est muni d'une came d'admission (9) - réglable angulairement sur cet arbre au moyen d'une vis pointeau (10) située sur un bossage cylindrique de la came - celle-ci appuie une fois par tour sur la commande d'un clapet distributeur d'admission d'air comprimé (11). L'entrée de ce clapet est alimentée au travers d'un détendeur (12) à une réserve d'air 35 comprimé haute pression (13). La sortie du distributeur (11) envoie une bulle d'air à pression constante à l'entrée (14) de la chambre du vérin. La sortie en dérivation du clapet (11) est fermée par un bouchon (15) pour emprisonner la bulle d'air dans le vérin après le relâchement de la commande du clapet (11). Le réglage angulaire de la came (9) selon un angle (a) - formé par le rayon 3036431 - 3 - d'action de la came avec l'alignement ( A - A') de la came obtenu lorsque le vérin est fermé - est compris entre 15 et 45 degrés, ce qui permet le déclenchement d'une bulle d'air au début de l'ouverture de la chambre du vérin. L'expansion de cette bulle d'air comprimé pousse le piston et fait tourner le volant d'inertie. La vitesse acquise par le volant d'inertie entraîne le mouvement de retour du piston.The driving shaft (6) is provided with an intake cam (9) - angularly adjustable on this shaft by means of a set screw (10) located on a cylindrical boss of the cam - this cam supports a turn by turn on the control of a compressed air intake distributor valve (11). The inlet of this valve is fed through a pressure reducer (12) to a high pressure compressed air reserve (13). The outlet of the distributor (11) sends a constant pressure air bubble to the inlet (14) of the cylinder chamber. The bypass outlet of the valve (11) is closed by a plug (15) to trap the air bubble in the cylinder after releasing the control valve (11). The angular adjustment of the cam (9) according to an angle (a) - formed by the cam action radius 3036431 - 3 - with the alignment (A - A ') of the cam obtained when the cylinder is closed - is between 15 and 45 degrees, which allows the triggering of an air bubble at the beginning of the opening of the cylinder chamber. The expansion of this compressed air bubble pushes the piston and rotates the flywheel. The speed acquired by the flywheel causes the return movement of the piston.

5 Une seconde came (16) fixée sur l'arbre moteur, dite came d'échappement, actionne un second clapet (17), qui ouvre, au moyen d'un circuit pris en dérivation sur l'alimentation du vérin, un chemin de purge d'air pendant le mouvement de retour du piston afin que celui-ci puisse se faire sans opposition. Selon une variante du dispositif les commandes des clapets d'admission 10 (11) et d'échappement (17) d'air dans le vérin, peuvent être actionnées par un dispositif de type quelconque : optique, électrique ou électromagnétique indexé à la rotation du moteur. Le réglage angulaire (a) de la came a pour objet d'optimiser la consommation d'air au meilleur taux compatible avec la charge demandée au 15 moteur. En option, on peut utiliser un détendeur (12) à pression de sortie réglable pour ajuster la pression des bulles d'air en vue d'une meilleure adaptation du moteur à l'usage demandé. On peut également optimiser la consommation d'air comprimé par un dimensionnement approprié de la came d'admission (9).A second cam (16) fixed on the drive shaft, called the escape cam, actuates a second valve (17), which opens, by means of a circuit taken bypass on the power supply of the jack, a path of bleed air during the return movement of the piston so that it can be done without opposition. According to a variant of the device, the controls of the inlet valves 10 (11) and of the exhaust (17) of air in the cylinder can be actuated by any device of any type: optical, electrical or electromagnetic indexed to the rotation of the engine. The angular adjustment (a) of the cam is intended to optimize the air consumption at the best rate compatible with the load required by the engine. Optionally, an expansion valve (12) with adjustable outlet pressure can be used to adjust the pressure of the air bubbles to better match the motor to the required use. It is also possible to optimize the consumption of compressed air by appropriate dimensioning of the intake cam (9).

Claims

REVENDICATIONS1 - Moteur à air comprimé agissant sous l'action d'un vérin (1) dont une extrémité est fixée au châssis (3) par un axe pivot (2), l'autre extrémité formée de la pointe du piston de ce vérin entraîne en rotation au moyen d'un ensemble maneton/manivelle (4) un volant d'inertie (5) dont la rotation est assuré par un arbre moteur (6), celui-ci porte une came (9), dite d'admission, qui actionne, une fois par tour, un clapet distributeur (11) alimenté en air comprimé régulé par un détendeur (12) recevant de l'air comprimé haute pression d'un réservoir (13), le clapet (11) envoie une bulle d'air à l'entrée (14) du vérin dont la détente agit sur le piston et provoque la rotation du moteur, le mouvement de retour du piston est autorisé par un circuit de purge branché en dérivation sur l'alimentation du vérin, ouvrant la sortie d'air au moyen d'une came (16), dite d'échappement, actionnant un clapet (17) pendant le retour du piston ; caractérisé en ce que l'angle (a) formé par le rayon d'action de la came d'admission (9) avec l'alignement (A-A') de la came obtenu lorsque le vérin est 15 fermé, forme un angle compris entre 15 et 45 degrés de manière à déclencher une bulle d'air au début de l'ouverture de la chambre du vérin.CLAIMS1 - A compressed air motor acting under the action of a jack (1) whose one end is fixed to the frame (3) by a pivot pin (2), the other end formed by the piston tip of this jack causes in rotation by means of a crank / crank assembly (4) a flywheel (5) whose rotation is ensured by a driving shaft (6), the latter carries a cam (9), said intake, which actuates, once per turn, a distributor valve (11) supplied with compressed air regulated by a pressure reducer (12) receiving high pressure compressed air from a reservoir (13), the valve (11) sends a bubble of air at the inlet (14) of the cylinder whose trigger acts on the piston and causes the rotation of the engine, the return movement of the piston is authorized by a purge circuit connected bypass on the supply of the cylinder, opening the air outlet by means of a cam (16), said exhaust, actuating a valve (17) during the return of the piston; characterized in that the angle (a) formed by the radius of action of the intake cam (9) with the alignment (A-A ') of the cam obtained when the jack is closed, forms an angle between 15 and 45 degrees so as to trigger an air bubble at the beginning of the opening of the cylinder chamber.

2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'angle (a) de la came (9) est réglable et fixé au moyen d'une vis pointeau (10) située sur un bossage cylindrique de la came. Le réglage angulaire de la came (9) a pour 20 objet d'optimiser la consommation d'air au meilleur taux compatible avec la charge du moteur.2 - Device according to claim 1 characterized in that the angle (a) of the cam (9) is adjustable and fixed by means of a needle screw (10) located on a cylindrical boss of the cam. The angular adjustment of the cam (9) is intended to optimize the air consumption at the best rate compatible with the engine load.

3 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que les commandes des clapets d'admission (11) et d'échappement (17) de l'air dans le vérin, puissent être actionnées par un 25 dispositif de type quelconque : optique, électrique ou électromagnétique indexé à la rotation du moteur.3 - Device according to any one of the preceding claims characterized in that the controls of the inlet valves (11) and exhaust (17) of the air in the jack, can be actuated by any type of device : optical, electrical or electromagnetic indexed to the rotation of the motor.

4 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce qu'on utilise un détendeur (12) à pression de sortie réglable pour ajuster la pression des bulles d'air en vue d'une meilleure adaptation du 30 moteur à l'usage demandé.4 - Device according to any one of the preceding claims characterized in that a regulator (12) with adjustable outlet pressure is used to adjust the pressure of the air bubbles to a better adaptation of the motor to the requested use.

5 - Dispositif selon l'une quelconque des précédentes revendications caractérisé en ce que l'on optimise la consommation d'air par un dimensionnement approprié de la came d'admission (9).5 - Device according to any one of the preceding claims characterized in that one optimizes the air consumption by a suitable dimensioning of the intake cam (9).