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EP0241950B1

Rotary fluid-handling mechanism

Abstract

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EP0241950B1, drawing sheet 1
Sheet 1 of 12

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Expired 19 April 2005, 21.4 years ago.

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12 claims: 12 independent, 0 dependent

  1. 1
    A rotary fluid-handling mechanism, comprising a rotor (68) cylindrically recessed internally from one end thereof and provided with power transfer means;a stationary cylinder (66) closely and sealingly fitted within the rotor recess;means for rotatably mounting the rotor (68) relative to the cylinder (66);means (68b, 68c) holding the rotor (68) on the cylinder (66);at least one pair of oppositely disposed, helically oriented cavities (69) in the rotor (68), opening at the interior cylindrical surface thereof in confronting relationship with the cylindrical surface of the stationary cylinder (66);at least one corresponding pair of blades (77) independently rotatably mounted within and at diametrically opposite sides of the stationary cylinder (66) on respective axes at right angles to the axis of rotation of the rotor (68), so portions thereof will enter and pass through the respective cavities during synchronized rotation of the blades (77) and the rotor (68);means for synchronizing rotation of the blades (77) and the rotor (68);means for providing inflow of fluid internally of the mechanism into the paths of advancing movement of the blades (77) within the cavities (69);and means for the discharge from the mechanism of fluid acted upon by the blades (77), characterised in that the synchronizing means comprise a single shaft (70) extending axially in the stationary cylinder (66), means (72, 73) in the cylinder (66) journalling the shaft (70), and gearing (74, 75) interconnecting the shaft (70) with the rotatable mountings of the blades (77);and the meansfor providing inflow of fluid internally of the mechanism include diametrically opposite passages (78) flanking the shaft (70) and synchronizing means and extending from inflow ports at the one end of the stationary cylinder (66) towards the opposite end of the cylinder (66). 1. Mécanisme rotatif de traitement d'un fluide, comprenant un rotor (68) évidé cylindriquement à l'intérieur, à partir d'une première de ses extrémités, et muni de moyens de transfert de puissance;un cylindre fixe (66) ajusté étroitement et de manière étanche à l'intérieur de l'évidement du rotor;des moyens de montage en rotation du rotor (68) par rapport au cylindre (66);des moyens (68b, 68c) maintenant le rotor (68) sur le cylindre (66);au moins une paire de cavités opposées (69), orientées en hélice, dans le rotor (68), s'ouvrant à la surface cylindrique intérieure de celui-ci, face à la surface cylindrique du cylindre fixe (66);au moins une paire correspondante de palettes (77) montées de façon à pouvoir tourner indépendamment à l'intérieur et sur des côtés diamétralement opposés du cylindre fixe (66), sur des axes respectifs perpendiculaires à l'axe de rotation du rotor (68), afin que des parties de ces palettes entrent et passent dans les cavités respectives durant une rotation synchronisée des palettes (77) et du rotor (68);des moyens destinés à synchroniser la rotation des palettes (77) et du rotor (68);des moyens destinés à établir une admission d'un fluide à l'intérieur du mécanisme dans les trajectoires d'un mouvement d'avance des palettes (77) à l'intérieur des cavités (69);et des moyens destinés à décharger du mécanisme un fluide sur lequel les palettes (77) agissent, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation comprennent un arbre unique (70) s'étendant axialement dans le cylindre fixe (66), des moyens (72, 73) dans le cylindre (66) par lesquels tourillonne l'arbre (70), et un engrenage (74, 75) reliant l'arbre (70) aux moyens de montage en rotation des palettes (77);et les moyens destinés à établir une admission de fluide à l'intérieur du mécanisme comprennent des passages diamétralement opposés (78) bordant l'arbre (70) et les moyens de synchronisation et s'étendant depuis les lumières d'admission à la première extrémité du cylindre fixe (66) vers l'extrémité opposée du cylindre (66). 1. Rotationsmechanismus für Fluide, enthaltend einen Rotor (68), der eine innere zylindrische Ausnehmung ausgehend von einem seiner Enden aufweist und mit Kraftübertragungsmitteln versehen ist;einen stationären Zylinder (66), der in der Rotorausnehmung eng und dichtend eingepaßt ist;Mittel zum drehbaren Befestigen des Rotors (68) gegenüber dem Zylinder (66);Mittel (68b) (68c), die den Rotor (68) an dem Zylinder (66) halten;mindestens ein Paar entgegengesetzt angeordneter schraubenförmig orientierter Hohlräume (69) in dem Rotor (68), die sich an dessen innerer zylindrischer Oberfläche der zylindrischen Oberfläche des stationären Zylinders (66) gegenüber öffnen;mindestens ein entsprechendes Paar von Blättern (77), die unabhängig drehbar in dem stationären Zylinder (66) und an diametral entgegengesetzten Seiten des stationären Zylinders (66) auf entsprechenden Achsen angeordnet sind, die rechtwinklig zu der Drehachse des Rotors (68) verlaufen, derart daß Abschnitte von ihnen in die entsprechenden Hohlräume eintreten und durch sie hindurch gelangen während der synchronisierten Drehung der Blätter (77) und des Rotors (68);Mittel zum Synchronisieren der Drehung der Blätter (77) und des Rotors (68);Mittel zur Schaffung des Hineinströmens von Fluid in den Mechanismus in die Wege der vorwärtsschreitenden Bewegung der Blätter (77) in den Hohlräumen (69);sowie Mittel für das Ausbringen des Fluids, auf das die Blätter (77) einwirkten, aus dem Mechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiermittel eine einzelne axial in dem stationären Zylinder (66) verlaufende Welle (70), Lagermittel (72, 73) in dem Zylinder (66) für die Welle (70) sowie die Welle (70) mit den drehbaren Befestigungen der Blätter (77) verbindende Getriebemittel (74, 75) aufweisen und die Mittel zur Schaffung des Einströmens von Fluid intern in dem Mechanismus diametral gegenüberliegende Durchgänge (78) benachbart zu der Welle und der Synchronisiermittel enthalten, die sich von Einströmungsöffnungen an einem Ende des stationären Zylinders (66) in Richtung auf das entgegengesetzte Ende des Zylinders (66) erstrecken.
  2. 2
    A mechanism as claimed in claim 1, wherein the blades (77) are of elongate configuration and are rotatably mounted, one above the other, in respective chambers opening oppositely into the cylindrical face of the stationary cylinder (66). 2. Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Blätter (77) langgestreckte Konfiguration aufweisen und, eines über dem anderen, in entsprechenden Kammern drehbar befestigt sind, die sich entgegengesetzt in die Zylinderfläche des stationären Zylinders (66) öffnen. 2. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel les palettes (77) sont d'une configuration allongée et sont montées de façon à pouvoir tourner, l'une au-dessus de l'autre, dans des chambres respectives s'ouvrant en opposition dans la face cylindrique du cylindre fixe (66).
  3. 3
    A mechanism as claimed in claim 1 or 2, wherein the means for providing inflow of fluid and the means for the discharge of fluid comprise respective port means opening into the cylindrical face of the stationary cylinder (66);and wherein there are provided sealing strips (80, 81, 86, 87) extending longitudinally of the cylinder substantially from end-to-end thereof at opposite sides of each of the port means. 3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Mittel zur Schaffung des Einströmens von Fluid und die Mittel zur Abgabe des Fluids jeweilige Öffnungsmittel enthalten, die sich in die Zylinderfläche des stationären Zylinders (66) öffnen;und bei dem Dichtstreifen (80, 81, 86, 87) vorgesehen sind, die sich in Längsrichtung des Zylinders im wesentlichen von dessen einen zu dessen anderen Ende an entgegengesetzten Seiten jeder der Öffnungsmittel erstrecken. 3. Mécanisme selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les moyens destinés à établir une admission de fluide et les moyens destinés à décharger un fluide comprennent des moyens à lumières respectives s'ouvrant dans la face cylindrique du cylindre fixe (66);et dans lequel il est prévu des bandes d'étanchéité (80, 81, 86, 87) s'étendant longitudinalement au cylindre, sensiblement d'une extrémité à l'autre de celui-ci, sur des côtés opposés de chacun des moyens à lumières.
  4. 4
    A mechanism as claimed in claim 3, wherein the sealing strips include sets of longitudinal strips (80, 81;86, 87) carried by the stationary cylinder (66), each set being provided with resilient means (84;88) for forcing the strips thereof against opposite faces of the corresponding blade (77) and with resilient means (85;89) for forcing the strips thereof against the opposing face of the rotor (68). 4. Mechanismus nach Anspruch 3, bei dem die Abdichtstreifen Sätze von Längsstreifen (80, 81, 86, 87) aufweisen, die von dem stationären Zylinder (66) getragen werden, wobei jeder Satz mit nachgiebigen Einrichtungen (84;88) versehen ist, um seine Streifen gegen entgegengesetzte Flächen des entsprechenden Blatts (77) zu beaufschlagen, sowie mit nachgiebigen Einrichtungen (85;89), um seine Streifen gegen die entgegengesetzte Fläche des Rotors (68) zu beaufschlagen. 4. Mécanisme selon la revendication 3, dans lequel les bandes d'étanchéité comprennent des jeux de bandes longitudinales (80, 81, 86, 87) portées par le cylindre fixe (66), chaque jeu étant muni de moyens élastiques (84;88) pour appliquer à force ses bandes contre des faces opposées de la palette correspondante (77), et de moyens élastiques (85, 89) pour appliquer à force ses bandes contre la face opposée du rotor (68).
  5. 5
    A mechanism as claimed in claim 1 constructed as an internal combustion engine, wherein a combustion chamber is formed within the stationary cylinder, sealing means are provided about the respective blade edges that contact rotor cavity surfaces, and means are provided for igniting a gaseous fuel mixture within the combustion chamber;wherein the fluid inflow means comprise an exterior inflow port and an inflow passage leading therefrom to an interior inflow port at one longitudinal side of the stationary cylinder for introducing a gaseous fuel mixture or air in advance of travel of the blade in a rotor cavity as such cavity passes the interior inflow port;a smaller port at the opposite longitudinal side of the stationary cylinder and leading into the combustion chamber for transferring compressed gaseous fuel mixture or air into the combustion chamber from a rotor cavity as such cavity passes the smaller port, and an outlet port in the combustion chamber at the opposite longitudinal side of the stationary cylinder for transferring exploding fuel mixture from the combustion chamber to a rotor cavity as such cavity passes the outlet port;and wherein the means for discharging fluid includes an interior exhaust port at the said one longitudinal side of the stationary cylinder and a passage leading therefrom to an exterior exhaust port, so pressure expansion gas from a rotor cavity that is passing the interior exhaust port will exhaust to atmosphere. 5. Mechanismus nach Anspruch 1, konstruiert als Verbrennungsmaschine, wobei in dem stationären Zylinder eine Brennkammer gebildet ist, um die jeweiligen Blattkanten, die die Rotorhöhlungsoberflächen berühren, Abdichtmittel vorgesehen sind, sowie mit Mitteln zum Zünden einer gasförmigen Brennstoffmischung in der Brennkammer;wobei die Fluideinströmmittel eine äußere Einströmöffnung und einen Einströmdurchgang, der von dieser zu einer inneren Einströmöffnung an einer Längsseite des stationären Zylinders führt, um eine gasförmige Brennstoffmischung oder Luft vorauseilend der Bewegung des Blattes in eine Rotorhöhlung einzuführen, wenn diese Höhlung an der inneren Einströmöffnung vorbeigeht;eine kleinere Öffnung an der entgegengesetzten Längsseite des stationären Zylinders, die in die Brennkammer zur Übertragung von komprimierter gasförmiger Brennstoffmischung oder Luft in die Brennkammer aus einer Rotorhöhlung führt, wenn die Höhlung an der kleineren Öffnung vorbeigeht, sowie eine Auslaßöffnung in der Brennkammer an der entgegengesetzten Längsseite des stationären Zylinders zur Übergabe explodierender Brennstoffmischung aus der Brennkammer in einen Rotorhohlraum enthalten, wenn dieser an der Auslaßöffnung vorbeigeht;und wobei die Mittel zur Abgabe des Fluids eine innere Auslaßöffnung an der einen Längsseite des stationären Zylinders und einen von dort zu einer äußeren Auslaßöffnung führenden Durchgang aufweist, so daß Druckexpansionsgas von einem Rotorhohlraum, der an der inneren Auslaßöffnung vorbeigeht, in die Atmosphäre auspufft. 5. Mécanisme selon la revendication 1, construit sous la forme d'un moteur à combustion interne, dans lequel une chambre de combustion est formée à l'intérieur du cylindre fixe, des moyens d'étanchéité sont prévus autour des bords respectifs des palettes qui sont en contact avec des surfaces de la cavité du rotor, et des moyens sont prévus pour allumer un mélange combustible gazeux à l'intérieur de la chambre de combustion;les moyens d'admission de fluide comprenant une lumière extérieure d'admission et un passage d'admission menant de cette lumière jusqu'à une lumière intérieure d'admission sur un premier côté longitudinal du cylindre fixe pour introduire un mélange combustible gazeux ou de l'air en avance de la course de la palette dans une cavité du rotor pendant que cette cavité passe par la lumière intérieure d'admission;une lumière plus petite située sur le côté longitudinal opposé du cylindre fixe et menant dans la chambre de combustion pour transférer le mélange combustible gazeux comprimé ou l'air comprimé dans la chambre de combustion à partir d'une cavité du rotor pendant que cette cavité passe par la lumière plus petite, et une lumière de sortie située dans la chambre de combustion, sur le côté longitudinal opposé du cylindre fixe, pour transférer le mélange combustible en explosion de la chambre de combustion vers une cavité du rotor pendant que cette cavité passe par la lumière de sortie;et dans lequel les moyens destinés à décharger un fluide comprennent une lumière intérieure d'échappement située sur ledit premier côté longitudinal du cylindre fixe et un passage menant de cette lumière jusqu'à une lumière extérieure d'échappement, afin que le gaz comprimé se détendant, provenant d'une cavité du rotor et passant par la lumière intérieure d'échappement, s'échappe à l'atmosphère.
  6. 6
    A mechanism as claimed in any preceding claim, wherein the blades are each made up of two circular sections fastened together in edge-to-edge flatwise formation by a third intermediate section and split resilient sealing rings are pivotally fastened at one set of ends to the said circular sections, the other set of ends being pivotally interconnected by an elongate member pivoted to the said other set of ends and pivoted intermediate its length to the said intermediate section. 6. Mechanismus nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Blätter jeweils aus zwei kreisförmigen Abschnitten, die flach Kante an Kante durch einen dritten Zwischenabschnitt miteinander befestigt sind, hergestellt sind, und nachgiebige gespaltene Dichtringe schwenkbar an einem Satz von Enden an den kreisförmigen Abschnitten befestigt sind, während der andere Satz von Enden schwenkbar mit Hilfe eines langgestreckten Elementes verbunden ist, das an dem anderen Satz von Enden angelenkt ist und in der Mitte seiner Länge mit dem Zwischenabschnitt schwenkbar verbunden ist. 6. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les palettes sont constituées chacune de deux parties circulaires fixées entre elles bord à bord, à plat, par une troisième partie intermédiaire, et des segments élastiques fendus d'étanchéité sont reliés de façon pivotante par un premier jeu d'extrémités auxdites parties circulaires, les extrémités de l'autre jeu étant reliées entre elles de façon pivotante par un élément allongé qui est articulé sur lesdites extrémités de l'autre jeu et qui pivote, par un point intermédiaire de sa longueur, sur ladite partie intermédiaire.
  7. 7
    A mechanism as claimed in claim 1, wherein the blades (90) are of circular configuration having diametrically opposed radial slots (92);and wherein the cavities of the rotor (95) are separated by helical walls (93) which fit into the slots (92) (Fig. 19,20). 7. Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Blätter (90) kreisförmige Konfiguration mit diametral entgegengesetzten radialen Schlitzen (92) aufweisen und die Hohlräume des Rotors (95) durch schraubenförmige Wände (93) getrennt sind, die in die Schlitze (92) passen (Fig. 19, 20). 7. Mécanisme selon la revendication 1, dans lequel les palettes (90) sont d'une configuration circulaire ayant des rainures radiales (92) diamétralement opposées;et dans lequel les cavités du rotor (95) sont séparées par des parois hélicoïdales (93) qui s'ajustent dans les rainures (92) (figures 19, 20).
  8. 8
    A mechanism as claimed in claim 1, including a housing rigidly fastened to the cylinder and substantially enclosing the rotor. 8. Mechanismus nach Anspruch 1, enthaltend ein starr an dem Zylinder befestigtes Gehäuse, das den Rotor im wesentlichen einschließt. 8. Mécanisme selon la revendication 1, comprenant un corps fixé rigidement au cylindre et renfermant sensiblement le rotor.
  9. 9
    A mechanism as claimed in claim 8, wherein the rotor carries secondary windings of an electrical machine and the housing carries primary windings of the said machine, so that the mechanism will function as a compressor or pump powered by an electric motor or as a motor that powers an electric generator. 9. Mechanismus nach Anspruch 8, bei dem der Rotor Sekundärwicklungen einer einer elektrischen Maschine und das Gehäuse Primärwicklungen der Maschine trägt, so daß der Mechanismus als Kompressor oder Pumpe, angetrieben von einem elektrischen Motor, oder als Motor wirkt, der einen elektrischen Generator treibt. 9. Mécanisme selon la revendication 8, dans lequel le rotor porte des enroulements secondaires d'une machine électrique et le corps porte des enroulements primaires de ladite machine, afin que le mécanisme fonctionne à la manière d'un compresseur ou d'une pompe entraîné par un moteur électrique ou à la manière d'un moteur qui entraîne une génératrice électrique.
  10. 10
    A mechanism as claimed in claim 8, wherein the stationary cylinder (146), blades (147);and rotor (144) are adapted to serve as the pump unit of an artificial heart;wherein a brushless, direct current electric motor (143) is mounted in the housing (145) and is adapted to power the pump unit by electrical connection with a power source;and wherein the means for providing inflow of fluid comprise inlets (148, 149) adapted for connection to the cava vein and pulmonary vein, respectively, of a living body, and the means for discharge of fluid comprise outlets (150, 151) adapted for connection to the aorta and pulmonary artery, respectively (Fig. 26). 10. Mechanismus nach Anspruch 8, bei dem der stationäre Zylinder (146), die Blätter (147) und der Rotor (144) derart ausgebildet sind, daß sie als die Pumpeneinheit eines künstlichen Herzes dienen, wobei ein bürstenloser elektrischer Gleichstrommotor (143) in dem Gehäuse (145) angeordnet und derart ausgebildet ist, daß er die Pumpeneinheit durch elektrische Verbindung mit einer Stromquelle antreibt;und worin die Mittel zur Schaffung der Einströmung von Fluid Einlässe (148, 149) enthalten, die zur Verbindung mit der Vena Cava bzw. der Vena Pulmonalis eines lebenden Körpers ausgebildet sind, und die Mittel zur Abführung des Fluids Auslässe (150, 151) enthalten, die zur Verbindung mit der Aorta bzw. der Arteria Pulmonalis ausgebildet sind (Fig. 26). 10. Mécanisme selon la revendication 8, dans lequel le cylindre fixe (146), les palettes (147) et le rotor (144) sont conçus pour servir de bloc-pompe d'un coeur artificiel;dans lequel un moteur électrique (143) à courant continu, sans balai, est monté dans le corps (145) et est conçu pour entraîner le bloc-pompe par une connexion électrique avec une source d'alimentation en énergie;et dans lequel les moyens destinés à établir une admission de fluide comprennent des entrées (148,149) conçues pour être raccordées à la veine cave et à la veine pulmonaire, respectivement, d'un corps vivant, et les moyens destinés à décharger un fluide comprennent des sorties (150,151) conçues pour être raccordées à l'artère aorte et à l'artère pulmonaire, respectivement (figure 26).
  11. 11
    A mechanism as claimed in any preceding claim, wherein the diametrically opposite passages (78) extend almost to the said opposite end of the stationary cylinder (66). 11. Mechanismus nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die diametral gegenüberliegenden Durchgänge (78) sich fast zu dem gegenüberliegenden Ende des stationären Zylinders (66) erstrecken. 11. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les passages (78) diamétralement opposés s'étendent presque jusqu'à ladite extrémité opposée du cylindre fixe (66).
  12. 12
    A mechanism as claimed in any preceding claim, wherein the rotor (68) is of generally spherical formation. 12. Mechanismus nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Rotor (68) etwa kugelförmige Ausbildung aufweist. 12. Mécanisme selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor (68) est d'une forme globalement sphérique.