CA3053015A1

CA3053015A1 - Regenerative cooling system

Info

Publication number: CA3053015A1
Application number: CA3053015A
Authority: CA
Inventors: Vianney Rabhi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2018-08-30
Also published as: FR3063311B1; EP3585993A1; JP7065106B2; ES2874807T3; KR20190116275A; FR3063311A1; AU2018225327A1; KR102525744B1; WO2018154214A1; JP2020509282A; EP3585993B1; CN110234863A; CN110234863B; AU2018225327B2

Abstract

The regenerative cooling system (100) is provided for a regenerative heat engine (1) and comprises a cooling chamber (79) which surrounds a gas pressure reducer (78) while leaving a gas flow space (80) between the chamber (79) and the pressure reducer (78); a working gas (81) that is expelled from the gas pressure reducer (78) flows within said space (80) before returning to a regenerating heat exchanger (5) for cooling, a large part of the heat of said gas (81) being reintroduced into the thermodynamic cycle of the regenerating heat engine (1).

Description

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT REGENERATIF
La présente invention est relative à un système de refroidissement régénératif qui constitue entre-autres un perfectionnement du moteur thermique à transfert-détente et régénération ayant fait l'objet de la demande de brevet N FR 15 51593 du 25 février 2015 appartenant au demandeur, et du brevet publié le ler septembre 2016 sous le N US
2016/0252048 Al qui appartient également au demandeur.
On connaît le cycle de Brayton à régénération ordinairement mis en oeuvre au moyen de compresseurs centrifuges et de turbines.
Suivant ce mode de mise en oeuvre, ledit cycle conduit à des moteurs qui délivrent un rendement sensiblement supérieur à celui des moteurs à allumage commandé.
Ledit rendement est comparable à celui des moteurs Diesel rapides. Il reste toutefois inférieur à
celui des moteurs Diesel deux-temps lents de très grosse cylindrée trouvés par exemple dans la propulsion navale ou la production stationnaire d'électricité.
Outre un rendement somme toute modeste, les moteurs à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération délivrent leur meilleur rendement sur une plage de puissance et de régime de rotation relativement étroite. De plus, leur temps de réponse en modulation de puissance est long. Leur champ d'application est à ces divers titres limité
et ils sont difficilement adaptables au transport terrestre et particulièrement, à l'automobile et au poids-lourds.
Le moteur à thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR 15 51593 a été prévu pour palier à ces défauts. Ledit moteur présente la particularité
de mettre en oeuvre le cycle de Brayton régénéré non plus au moyen de compresseurs centrifuges et de turbines, mais au moyen de machines volumétriques ou pour le moins, au moyen d'un détendeur volumétrique constitué autour d'un cylindre détendeur .
Sur les figures de la demande de brevet N FR 15 51593, on voit que chaque extrémité
dudit cylindre détendeur est fermée par une culasse de cylindre détendeur. En outre, ledit cylindre héberge un piston détendeur à double effet pour former deux chambres de transvasement-détente de volume variable. Ledit piston peut se déplacer dans le cylindre détendeur pour transmettre un travail à un arbre de sortie de puissance via une bielle et un vilebrequin connus en soi.
Parmi les avantages revendiqués par l'invention objet de la demande de brevet N FR 15 51593 on note un rendement de conversion de la chaleur en travail très supérieur à celui des moteurs à combustion interne alternatifs conventionnels quel qu'en soit le principe ce qui conduit, à même travail fourni, à une consommation de carburant plus basse que celle desdits moteurs conventionnels et à des émissions de dioxyde de carbone associées également plus basses. REGENERATIVE COOLING SYSTEM
The present invention relates to a regenerative cooling system which is among others, an improvement of the heat engine with transfer-relaxation and regeneration having been the subject of the patent application N FR 15 51593 of February 25, 2015 belonging to the applicant, and the patent published on September 1, 2016 under the N US
2016/0252048 Al which also belongs to the applicant.
The regeneration Brayton cycle ordinarily used at means centrifugal compressors and turbines.
According to this mode of implementation, said cycle leads to engines which deliver a significantly higher efficiency than spark ignition engines.
said performance is comparable to that of fast diesel engines. He stays however less than slow two-stroke diesel engines of very large displacement found by example in naval propulsion or stationary electricity production.
In addition to a modest return, the centrifugal compressor motors and Regenerative Brayton Cycle Turbines Deliver Their Best Performance on a beach power and relatively narrow rotation regime. In addition, their response time in power modulation is long. Their field of application is to these various limited titles and they are difficult to adapt to land transport and especially, to the automobile and heavy goods vehicles.
The thermal engine with transfer-relaxation and regeneration object of the request patent No. 51593 has been provided to overcome these defects. Said motor presents the feature to implement the regenerated Brayton cycle either by means of compressors centrifugals and turbines, but by means of volumetric machines or for the least, means of a volumetric expansion device constituted around a regulator cylinder .
In the figures of the patent application N FR 51593, it can be seen that each end of said regulator cylinder is closed by a cylinder cylinder cylinder expander. In in addition, said cylinder houses a double-acting piston regulator to form two chambers of transfer-relaxation of variable volume. Said piston can move in the cylinder regulator for transmitting work to a power output shaft via a connecting rod and a crankshaft known per se.
Among the advantages claimed by the invention which is the subject of the patent application N FR 15 51593 a heat conversion efficiency in work is noted very superior conventional alternative internal combustion engines be the principle which leads, at the same job, to a consumption of lower fuel than that of the said conventional engines and to emissions of carbon associated also lower.

2 Pour que ces objectifs puissent être atteints, comme l'expose clairement la demande de brevet FR 15 51593, au moins trois conditions doivent être réunies.
La première est que le détendeur volumétrique soit effectivement constitué
d'un cylindre, ce que n'enseigne pas l'état de l'art faisant état de machines apparentées. A
titre d'exemple, le brevet US 2003/228237 Al du 11 décembre 2003 comprend bien un compresseur, un échangeur thermique de régénération, une source de chaleur et un détendeur, toutefois, ce dernier n'est pas un cylindre mais ce que les inventeurs auteurs dudit brevet ont appelé
un gerotor .
La deuxième condition est que l'entrée et la sortie des gaz dans le cylindre détendeur soient réglées par des soupapes doseuses d'admission et d'échappement dûment phasées, ce qui conduit au diagramme pression / volume auquel est consacrée une figure dans la demande de brevet N FR 15 51593.
La troisième condition est que le dispositif d'étanchéité entre le piston et le cylindre puisse opérer à très haute température.
On note que le moteur à thermique à transfert-détente et régénération décrit dans la demande de brevet N FR 15 51593 répond à cette troisième condition en exposant un segment à coussin d'air innovant constitué d'un anneau continu perforé
gonflable et expansible logé dans une gorge d'anneau aménagée dans le piston détendeur.
Ledit anneau définit avec ladite gorge une chambre de répartition de pression raccordée à une source de fluide sous pression.
Ce dispositif d'étanchéité nouveau et sans contact direct avec le cylindre détendeur rend possible le fonctionnement à haute température dudit cylindre, cependant que les soupapes doseuses d'admission et d'échappement que comportent les culasses qui ferment ledit cylindre permettent de maximiser le rendement du moteur à thermique à
transfert-détente et régénération.
Volontairement, le dispositif d'étanchéité innovant basé sur un segment à
coussin d'air a été placé dans la demande de brevet N FR 15 51593 en revendication dépendante de la revendication principale. On comprend aisément qu'en présentant ainsi son invention, l'inventeur n'a pas exclu que d'autres solutions d'étanchéité puissent se substituer audit segment, même si ce dernier est présenté dans ladite demande de brevet comme un élément-clé du moteur thermique à transfert-détente et régénération.
Comme cela est clairement exposé dans la demande de brevet FR 15 51593, pour que le rendement du moteur à thermique à transfert-détente et régénération soit le plus élevé
possible, les parois interne du cylindre détendeur doivent être portées à
haute température de sorte que les gaz chauds introduits dans ledit cylindre ne se refroidissent pas au contact desdites parois, ou du moins, soient refroidis le moins possible par lesdites parois. Ceci vaut au moins pour les parois internes du cylindre détendeur proprement dit, et pour celles des culasses avec lesquelles coopère ledit cylindre. 2 In order for these objectives to be achieved, as clearly stated in request FR 51593, at least three conditions must be met.
The first is that the volumetric expansion valve is actually constituted a cylinder, what does not teach the state of the art mentioning related machines. AT
as an example, US Patent 2003/228237 A1 of December 11, 2003 includes a compressor, a regeneration heat exchanger, a heat source and a pressure reducer, however, the latter is not a cylinder but what the inventors authors said patent called a gerotor.
The second condition is that the entry and exit of gases in the cylinder regulator be regulated by properly phased intake and exhaust metering valves, this which leads to the pressure / volume diagram to which a figure is devoted in the patent application N FR 15 51593.
The third condition is that the sealing device between the piston and the cylinder can operate at very high temperatures.
It should be noted that the thermal transfer-expansion and regeneration engine describes in the patent application N FR 15 51593 meets this third condition in exposing a innovative air cushion segment consisting of a perforated continuous ring inflatable and expandable housed in a ring groove formed in the piston expander.
said ring defines with said groove a pressure distribution chamber connected to a source of fluid under pressure.
This new sealing device and no direct contact with the cylinder regulator makes possible the high temperature operation of said cylinder, while the valves intake and exhaust meters in cylinder heads that close said cylinder allow to maximize the efficiency of the engine to thermal to transfer-relaxation and regeneration.
Voluntarily, the innovative sealing device based on a segment to air cushion has been placed in the patent application N FR 15 51593 in dependent claim of the main claim. It is easy to understand that by presenting invention, the inventor did not exclude that other sealing solutions could be substitute audit segment, even if the latter is presented in the said patent application as a key element of the heat engine with transfer-relaxation and regeneration.
As is clearly stated in patent application FR 51593, for that the efficiency of the transfer-expansion thermal motor and regeneration is the higher possible, the inner walls of the pressure reducer cylinder must be brought to high temperature so that the hot gases introduced into said cylinder do not cool not in contact said walls, or at least, are cooled as little as possible by said walls. This at least for the inner walls of the regulator cylinder itself, and for those yokes with which cooperates said cylinder.

3 Conformément au principe de la thermodynamique des moteurs énoncé par Sadi Carnot, la demande de brevet FR 15 51593 suggère que le rendement du moteur à
thermique à
transfert-détente et régénération est d'autant plus élevé que la température des gaz introduits dans le cylindre détendeur est élevée.
C'est pourquoi la demande de brevet FR 15 51593 prévoit que le cylindre détendeur, les culasses du cylindre détendeur et le piston détendeur du moteur à thermique à
transfert-détente et régénération peuvent être réalisés dans des matériaux résistants aux très hautes températures comme des céramiques à base d'alumine, de zircone ou de carbure de silicium.
Les parties chaudes et les composants à haute température du moteur à
thermique à
transfert-détente et régénération ont d'ailleurs fait l'objet de brevets de perfectionnements dudit moteur. A ce titre, on peut citer la demande de brevet N FR 15 58585 du septembre 2015 appartenant au demandeur qui traite d'un cylindre détendeur à
double effet à support adaptatif, ledit cylindre pouvant opérer à haute température et être soumis à des dilatations thermiques différentes de celles du carter de transmission sur lequel il est fixé.
Dans le même registre, on note également la demande de brevet N FR 15 58593 du 14 septembre 2015 appartenant également au demandeur et qui a pour objet un piston à
double effet constitué d'un assemblage précontraint, et pouvant opérer à haute température.
On remarque que les demandes de brevet N FR 15 58585 et N FR 15 58593 qui viennent d'être citées proposent des solutions d'une grande robustesse pour traiter de la cohabitation sur un même appareil de pièces portées à haute température et de pièces portées basses températures.
Notamment, les configurations proposées dans lesdits brevets évitent dans de larges proportions que la chaleur ne migre depuis les pièces chaudes vers les pièces froides avec lesquelles elles coopèrent. Ceci préserve au moteur à thermique à transfert-détente et régénération un rendement élevé.
En revanche, les perfectionnements exposés dans les demandes de brevet N FR 15 58585 et N FR 15 58593 ne changent rien au fait que si la température des gaz introduits dans le cylindre détendeur dudit moteur est par exemple de mille trois cent degrés Celsius, la température des parois internes dudit cylindre sera localement voisine de mille trois cent degrés Celsius, avec une température moyenne desdites parois avoisinant par exemple les mille degrés Celsius.
La température desdits gaz détermine donc directement la température à
laquelle doivent résister les matériaux constitutifs des parties chaudes du cylindre détendeur du moteur à
thermique à transfert-détente et régénération. Ainsi, indirectement, la résistance à la température desdits matériaux détermine le rendement maximal accessible par ledit moteur.

WO 2018/154213 In accordance with Sadi's principle of engine thermodynamics Carnot, patent application FR 15 51593 suggests that the efficiency of the engine to thermal to transfer-relaxation and regeneration is even higher than the temperature gases introduced into the expander cylinder is high.
This is why the patent application FR 15 51593 provides that the cylinder regulator, the cylinders of the regulator cylinder and the piston expander of the engine with thermal to transfer-relaxation and regeneration can be achieved in resistant materials at the very high temperatures like ceramics based on alumina, zirconia or carbide of silicon.
The hot parts and the high temperature components of the engine to thermal to transfer-relaxation and regeneration have been the subject of patents improvements said engine. As such, mention may be made of the patent application N FR 15 58585 of September 2015 belonging to the applicant which deals with a cylinder regulator to double effect with an adaptive support, said cylinder being able to operate at high temperature and to be subject to thermal expansions different from those of the gearbox on which it is fixed.
In the same register, there is also patent application N FR 15 58593 from 14 September 2015, which is also owned by the applicant and which piston to double effect consisting of a prestressed assembly, and able to operate at high temperature.
We note that the patent applications N FR 15 58585 and N FR 15 58593 which are coming to be quoted offer solutions of great robustness to deal with cohabitation on the same device of parts worn at high temperature and parts low spans temperatures.
In particular, the configurations proposed in said patents avoid in wide proportions that the heat does not migrate from the hot parts to the parts cold with which they cooperate. This preserves the thermal transfer engine relaxation and regeneration a high yield.
On the other hand, the improvements disclosed in the patent applications N 58585 and N 58593 do not change the fact that gas temperature introduced in the cylinder regulator of said engine is for example thousand three hundred degrees Celsius, the temperature of the inner walls of said cylinder will be locally neighbor of a thousand three hundred degrees Celsius, with an average temperature of said walls neighboring by example the thousand degrees Celsius.
The temperature of said gases thus directly determines the temperature at which must resist the constituent materials of the hot parts of the regulator cylinder from engine to thermal transfer-relaxation and regeneration. Thus, indirectly, the resistance to temperature of said materials determines the maximum yield accessible through said engine.

WO 2018/15421

4 PCT/FR2018/050335 On remarque d'ailleurs que les matériaux pouvant résister aux très hautes températures dont il est question sont relativement peu nombreux dans la mesure où ils doivent en outre offrir une résistance mécanique élevée à ces mêmes dites températures, en plus d'être résistants à la corrosion et à l'oxydation.
Lesdits matériaux sont principalement des céramiques telles que l'alumine, le zircone, le carbure de silicium ou le nitrure de silicium. Ces matériaux sont durs et difficiles à usiner.
En conséquence, le prix de revient des pièces finies est relativement élevé ce qui est un frein à l'adoption par l'industrie automobile du moteur à thermique à
transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593. En effet, ladite industrie s'adressant au marché de masse, elle présente une grande sensibilité au prix de revient en fabrication lequel doit rester le plus faible possible.
L'idéal serait donc que les parois internes du cylindre détendeur dudit moteur restent maintenues à une température maximale de par exemple sept à neuf cents degrés Celsius.
En effet, à de telles températures, des matériaux plus courants et moins chers à produire et à usiner que les céramiques tels que les fontes ou les aciers inoxydables ou réfractaires peuvent être utilisés pour fabriquer ledit cylindre détendeur. Ceci vaut aussi pour les culasses et leurs plenums et conduits respectifs qui coopèrent avec ledit cylindre.
Toutefois, il est impératif d'une part, d'éviter de baisser la température des gaz chauds admis dans le cylindre détendeur du moteur thermique à transfert-détente et régénération et d'autre part, de laisser s'échapper en pure perte la chaleur desdits gaz au travers de parois plus froides dudit cylindre au contact desquelles sont mis lesdits gaz.
En effet, ces deux actions auraient pour conséquence dommageable de réduire significativement le rendement final du moteur thermique à transfert-détente et régénération.
En l'état actuel de l'art et de la technique, on comprend donc qu'il faut choisir entre un moteur thermique à transfert-détente et régénération à très haut rendement mais onéreux et complexe à produire, et un moteur relevant du même principe mais recourant à des matériaux peu cher à produire, et ceci au prix d'un gros sacrifice en rendement, ce dernier étant significativement réduit. Ceci constitue un dilemme.
C'est pour sortir dudit dilemme que le système de refroidissement régénératif selon l'invention permet, selon un mode particulier de réalisation :
= De réduire significativement la température des parois internes du cylindre détendeur et de ses culasses du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593, ceci permettant de recourir à des matériaux à
faible prix de revient pour fabriquer ledit cylindre et lesdites culasses sans réduire de façon significative le rendement total dudit moteur thermique ;
= D'autoriser une température d'entrée des gaz dans le cylindre détendeur supérieure à
celle que pourraient supporter - en l'absence du système de refroidissement régénératif selon l'invention - des matériaux chers et complexes comme les céramiques ;

= De conférer au moteur à thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593 un rendement énergétique final supérieur à celui accessible au même dit moteur avec des matériaux chers et complexes comme les céramiques, avec des matériaux à faible prix de revient. 4 PCT / FR2018 / 050335 We note, moreover, that the materials can withstand the very high temperatures which are mentioned are relatively few in so far as they must also offer high mechanical resistance to these same temperatures, in addition to to be resistant to corrosion and oxidation.
Said materials are mainly ceramics such as alumina, zirconia, the silicon carbide or silicon nitride. These materials are hard and difficult to machine.
As a result, the cost price of the finished parts is relatively high.
which is a brake on the adoption by the automotive industry of transfer-relaxation and regeneration object of the patent application FR 15 51593. Indeed, said industry addressing the mass market, it is highly price-sensitive back in manufacture which must remain as low as possible.
The ideal would therefore be that the inner walls of the engine expander cylinder remain maintained at a maximum temperature of for example seven to nine hundred degrees Celsius.
Indeed, at such temperatures, more common and cheaper materials to produce and to machine than ceramics such as cast irons or stainless steels or refractory may be used to manufacture said expander cylinder. This is also true for the cylinder heads and their respective plenums and ducts which cooperate with cylinder.
However, it is imperative on the one hand, to avoid lowering the temperature of hot gases admitted in the expansion cylinder of the transfer-expansion heat engine and regeneration and on the other hand, to allow the heat of said gases to escape through colder walls of said cylinder in contact with which said gases are put.
Indeed, these two actions would have the detrimental consequence of reducing significantly the final output of the thermal engine transfer-relaxation and regeneration.
In the current state of art and technology, we understand that choose between a very high efficiency transfer-expansion and regeneration thermal engine but expensive and complex to produce, and a motor of the same principle but resorting Has cheap materials to produce, and this at the cost of a big sacrifice in yield, the latter being significantly reduced. This is a dilemma.
It is to get out of this dilemma that the regenerative cooling system according to the invention allows, according to a particular embodiment:
= To significantly reduce the temperature of the internal walls of the expansion cylinder and its cylinder heads of the heat engine with transfer-relaxation and regeneration object of the patent application FR 15 51593, this making it possible to use low cost price for manufacturing said cylinder and said cylinder heads without reduce so significant total efficiency of said engine;
= To allow a gas inlet temperature in the regulator cylinder better than that which could support - in the absence of the cooling system regenerative according to the invention - expensive and complex materials such as ceramics;

= To give the engine thermal transfer-relaxation and regeneration object of the patent application FR 15 51593 a final energy yield greater than that accessible to the same engine with expensive and complex materials such as ceramics, with materials at low cost.

5 Il est entendu que le système de refroidissement régénératif selon l'invention s'adresse principalement au moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593 appartenant au demandeur.
Toutefois, ledit système peut aussi s'appliquer sans restriction au détendeur de tout autre moteur à cycle de Brayton à régénération, que ledit détendeur soit de type centrifuge, volumétrique ou de quelque autre type, et pourvu qu'il coopère avec un régénérateur de quelque type que ce soit.
Les autres caractéristiques de la présente invention ont été décrites dans la description et dans les revendications secondaires dépendantes directement ou indirectement de la revendication principale.
Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention est prévu pour un moteur thermique à régénération, ce dernier comprenant au moins un échangeur thermique de régénération qui présente un conduit haute-pression de régénération dans lequel circule pour y être préchauffé un gaz travaillant qui a été préalablement comprimé par un compresseur, tandis qu'au sortir dudit conduit ledit gaz est surchauffé par une source de chaleur avant d'être introduit dans un détendeur de gaz dans lequel il est détendu pour produire un travail sur un arbre de sortie de puissance, ledit gaz étant ensuite expulsé en sortie du détendeur de gaz puis introduit dans un conduit basse-pression de régénération que présente l'échangeur thermique de régénération, ledit gaz - en circulant dans ledit conduit - cédant une grande partie de sa chaleur résiduelle au gaz travaillant circulant dans le conduit haute-pression de régénération, ledit système comprenant :
= Au moins une enceinte de refroidissement qui enveloppe en tout ou partie le détendeur de gaz et/ou la source de chaleur et/ou un conduit d'admission des gaz chauds qui relie ladite source audit détendeur, tandis qu'est laissé un espace de circulation des gaz entre ladite enceinte d'une part, et/ou ledit détendeur et/ou ladite source et/ou ledit conduit d'autre part ;
= Au moins un port d'entrée d'enceinte qui est directement ou indirectement relié à la sortie du détendeur de gaz et par lequel tout ou partie du gaz travaillant expulsé dudit détendeur via ladite sortie peut pénétrer dans l'espace de circulation des gaz;
= Au moins un port de sortie d'enceinte qui est directement ou indirectement relié au conduit basse-pression de régénération et via lequel le gaz travaillant peut sortir de l'espace de circulation des gaz avant d'être introduit dans ledit conduit basse-pression.
Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un port d'entrée d'enceinte qui est relié à la sortie du détendeur de gaz par un conduit d'entrée d'enceinte dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit. 5 It is understood that the regenerative cooling system according to the invention addresses mainly to the heat engine with transfer-relaxation and regeneration object of the patent application FR 15 51593 belonging to the applicant.
However, said system can also be applied without restriction to the regulator from any other a regenerating Brayton cycle engine, that said regulator is of type centrifugal, volumetric or any other type, and provided that it cooperates with a regenerator of whatever type it is.
The other features of the present invention have been described in the description and in dependent secondary claims directly or indirectly of the main claim.
The regenerative cooling system according to the present invention is planned for a regenerative heat engine, the latter comprising at least one heat exchanger thermal of regeneration which has a high-pressure regeneration duct in which circulates to be preheated therein a working gas which has been previously compressed by a compressor, while at the exit of said duct said gas is overheated by a source of heat before being introduced into a gas regulator in which it is relaxed for produce a work on a power output shaft, said gas being then expelled outlet of the gas regulator and then introduced into a low-pressure conduit of regeneration the regeneration heat exchanger, said gas - as it flows in said leads - yielding much of its residual heat to the working gas circulating in the high-pressure regeneration pipe, said system comprising:
= At least one cooling enclosure that envelopes all or part the regulator of gas and / or the source of heat and / or a hot gas inlet duct who connects said source to said expander, while a space of circulation of gas between said enclosure on the one hand, and / or said expander and / or said source and / or leads on the other hand;
= At least one speaker input port that is directly or indirectly connected to the output of the gas regulator and by which all or part of the working gas expelled from regulator via said outlet can enter the circulation space of the gas;
= At least one speaker output port that is directly or indirectly related to low-pressure regeneration duct and through which the working gas can get out of the circulation space of the gases before being introduced into said duct low pressure.
The regenerative cooling system according to the present invention includes a port speaker input that is connected to the output of the gas regulator by a entrance duct of which the effective section is regulated by a control valve of debit.

6 Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un port de sortie d'enceinte qui est relié au conduit basse-pression de régénération par un conduit de sortie d'enceinte dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit.
Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend une sortie du détendeur de gaz qui est reliée au conduit basse-pression de régénération par un conduit de contournement d'enceinte.
Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend une section effective du conduit de contournement d'enceinte qui est réglée par une vanne de réglage de débit.
Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un extérieur de l'enceinte de refroidissement qui est revêtu d'un écran thermique.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé et donné à titre d'exemple non limitatif permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente, et les avantages qu'elle est susceptible de procurer :
Figure 1 est une représentation schématique en vue latérale du système de refroidissement régénératif suivant l'invention tel qu'il peut être mis en oeuvre sur le moteur thermique à
transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR 15 51593 appartenant au demandeur, et selon une variante dudit système selon laquelle la sortie du détendeur de gaz est reliée au conduit basse-pression de régénération par un conduit de contournement d'enceinte, tandis que la section effective dudit conduit de contournement et du conduit de sortie d'enceinte est réglée par une vanne de réglage de débit.
DESCRIPTION DE L'INVENTION :
On a montré en figure 1 le système de refroidissement régénératif 100, divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires.
Comme le montre ladite figure 1, le système de refroidissement régénératif 100 est prévu pour un moteur thermique à régénération 1, ce dernier comprenant au moins un échangeur thermique de régénération 5 qui présente un conduit haute-pression de régénération 6 dans lequel circule pour y être préchauffé un gaz travaillant 81 qui a été
préalablement comprimé
par un compresseur 2.
Au sortir du conduit haute-pression de régénération 6, ledit gaz 81 est surchauffé par une source de chaleur 12 avant d'être introduit dans un détendeur de gaz 78 dans lequel il est détendu pour produire un travail sur un arbre de sortie de puissance 17.
Le gaz travaillant 81 est ensuite expulsé en sortie du détendeur de gaz 78 puis introduit dans un conduit basse-pression de régénération 7 que présente l'échangeur thermique de régénération 5, ledit gaz 81 - en circulant dans ledit conduit 7 - cédant une grande partie de 6 The regenerative cooling system according to the present invention includes a port speaker output that is connected to the low-pressure regeneration line by a conduit speaker output whose effective section is regulated by a valve of flow control.
The regenerative cooling system according to the present invention includes a outlet of the gas regulator which is connected to the low-pressure conduit of regeneration by a speaker bypass.
The regenerative cooling system according to the present invention includes a effective section of the enclosure bypass duct that is set by a valve of flow control.
The regenerative cooling system according to the present invention includes a outside of the cooling enclosure which is covered with a screen thermal.
The following description with reference to the attached drawing given as a example no This limitation will allow a better understanding of the invention, the characteristics that it presents, and the benefits it is likely to provide:
Figure 1 is a schematic representation in side view of the system of cooling regenerative agent according to the invention as it can be used on the thermal engine at transfer-relaxation and regeneration object of the patent application N FR 15 51593 belonging to the applicant, and according to a variant of said system according to which the exit from gas expansion valve is connected to the low-pressure regeneration pipe by a leads from enclosing bypass, while the effective section of said conduit circumvention and the speaker output duct is set by a control valve of debit.
DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows the regenerative cooling system 100, various details of its components, its variants, and its accessories.
As shown in FIG. 1, the regenerative cooling system 100 is planned for a regenerative heat engine 1, the latter comprising at least one interchange thermal regeneration 5 which has a high-pressure conduit of regeneration 6 in which circulates to be preheated a working gas 81 which has been previously compressed by a compressor 2.
On leaving the high-pressure regeneration duct 6, said gas 81 is overheated by a heat source 12 before being introduced into a gas regulator 78 in which he is relaxed to produce work on a power output shaft 17.
The working gas 81 is then expelled at the outlet of the gas expander 78 then introduced in a low-pressure regeneration line 7 that the exchanger presents thermal of regeneration 5, said gas 81 - circulating in said conduit 7 - yielding a much of

7 sa chaleur résiduelle au gaz travaillant 81 circulant dans le conduit haute-pression de régénération 6.
C'est dans ce contexte clairement illustré en figure 1 que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention comprend au moins une enceinte de refroidissement 79 qui enveloppe en tout ou partie le détendeur de gaz 78 et/ou la source de chaleur 12 et/ou un conduit d'admission des gaz chauds 19 qui relie ladite source 12 audit détendeur 78, tandis qu'est laissé un espace de circulation des gaz 80 entre ladite enceinte 79 d'une part, et/ou ledit détendeur 78 et/ou ladite source 12 et/ou ledit conduit 19 d'autre part, le gaz travaillant 81 pouvant circuler dans ledit espace 80.
On note que l'enceinte de refroidissement 79 peut être faite de tôle d'acier inoxydable emboutie ou hydro formée, et être possiblement réalisée en plusieurs parties assemblées entre-elles par soudage, vissage, ou rivetage, ladite enceinte pouvant ensuite être fixée directement ou indirectement sur les composants 78, 12, 19 qu'elle enveloppe.
La figure 1 illustre que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention comprend en outre au moins un port d'entrée d'enceinte 82 qui est directement ou indirectement relié à la sortie du détendeur de gaz 78 et par lequel tout ou partie du gaz travaillant 81 expulsé dudit détendeur 78 via ladite sortie peut pénétrer dans l'espace de circulation des gaz 80.
Toujours en figure 1, on remarque que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention comprend aussi au moins un port de sortie d'enceinte 83 qui est directement ou indirectement relié au conduit basse-pression de régénération 7 et via lequel le gaz travaillant 81 peut sortir de l'espace de circulation des gaz 80 avant d'être introduit dans ledit conduit basse-pression 7.
On notera que préférentiellement, l'enceinte de refroidissement 79 enveloppe le détendeur de gaz 78 et/ou la source de chaleur 12 et/ou le conduit d'admission des gaz chauds 19 de manière étanche de sorte que le gaz travaillant 81 ne peut entrer dans l'espace de circulation des gaz 80 que par le port d'entrée d'enceinte 82 cependant que ledit gaz 81 ne peut sortir dudit espace 80 que par le port de sortie d'enceinte 83.
Suivant une variante de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention montrée en figure 1, le port d'entrée d'enceinte 82 peut être relié à la sortie du détendeur de gaz 78 par un conduit d'entrée d'enceinte 84 dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit 84.
A titre d'autre variante toujours montrée en figure 1, le port de sortie d'enceinte 83 peut être relié au conduit basse-pression de régénération 7 par un conduit de sortie d'enceinte 86 dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit de sortie d'enceinte 86. 7 its residual heat to the working gas 81 flowing in the upper duct pressure of regeneration 6.
It is in this context clearly illustrated in Figure 1 that the system of cooling regenerative 100 according to the invention comprises at least one enclosure of cooling 79 which wholly or partly envelopes the gas expander 78 and / or the source of heat 12 and / or a hot gas inlet conduit 19 which connects said source 12 to said regulator 78, while a gas circulation space 80 is left between said enclosure 79 on the one hand, and / or said expander 78 and / or said source 12 and / or said duct 19 other the gas working 81 able to circulate in said space 80.
It is noted that the cooling chamber 79 may be made of sheet steel stainless stamped or hydro-formed, and possibly made in several parts assemblies between them by welding, screwing, or riveting, said enclosure being then to be fixed directly or indirectly on the components 78, 12, 19 it envelops.
Figure 1 illustrates that the following regenerative cooling system 100 the invention further comprises at least one speaker input port 82 which is directly or indirectly connected to the outlet of the gas regulator 78 and by which all or part of the gas working 81 expelled from said regulator 78 via said outlet can penetrate into the space of flow of gases 80.
Still in Figure 1, we notice that the cooling system regenerative 100 according to the invention also comprises at least one speaker output port 83 who is directly or indirectly connected to the low-pressure regeneration line 7 and via which the working gas 81 can exit the circulation space 80 before to be introduced in said low-pressure conduit 7.
It will be noted that, preferably, the cooling enclosure 79 envelopes the regulator of gas 78 and / or the heat source 12 and / or the gas intake duct hot 19's way tightly so that the working gas 81 can not get into the space of gas flow 80 that through the speaker inlet port 82 however that said gas 81 does not can leave said space 80 only through the speaker output port 83.
According to an alternative embodiment of the regenerative cooling system Next 100 the invention shown in FIG. 1, the speaker input port 82 can be connected to the output of the gas expander 78 by a conduit entry conduit 84 whose section effective is regulated by a flow control valve 85, the latter being able - in function of his position - prohibit, leave free, or restrict the flow of gas working 81 in said leads 84.
As another variant still shown in FIG. 1, the exit port speaker 83 can be connected to the low-pressure regeneration line 7 via an outlet duct Speaker 86 whose effective section is regulated by a flow control valve 85, the latter may - depending on its position - prohibit, leave free, or restrict the circulation of working gas 81 in said enclosure outlet conduit 86.

8 La figure 1 illustre aussi qu'une autre variante du système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention consiste en ce que la sortie du détendeur de gaz 78 peut être reliée au conduit basse-pression de régénération 7 par un conduit de contournement d'enceinte 87 qui permet au gaz travaillant 81 expulsé en sortie du détendeur de gaz 78 d'aller directement de ladite sortie au conduit basse-pression de régénération 7 sans passer par l'espace de circulation des gaz 80.
Selon cette dernière variante, la section effective du conduit de contournement d'enceinte 87 peut éventuellement être réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit de contournement 87.
En figure 1, on remarque qu'avantageusement l'extérieur de l'enceinte de refroidissement 79 peut être revêtu d'un écran thermique 88 qui peut être constitué de tout matériau calorifuge connu de l'homme de l'art et qui peut ¨ outre l'enceinte de refroidissement 79 ¨
revêtir les divers conduits et organes chauds qui constituent le moteur thermique à
régénération 1.
On note qu'en ce cas, ledit écran thermique 88 est prévu pour prévenir toute déperdition de chaleur excessive laquelle est défavorable au rendement du moteur thermique à
régénération 1.
FONCTIONNEMENT DE L'INVENTION :
Le fonctionnement du système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention se comprend aisément à la vue de la figure 1.
Pour détailler ledit fonctionnement, nous retiendrons ici l'exemple de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention lorsque le moteur à
régénération 1 auquel il s'applique est constitué du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR 15 51593 du 25 février 2015 appartenant au demandeur.
Comme on le voit sur la figure 1, le moteur à régénération 1 comprend ici un compresseur 2 bi-étagé qui est notamment constitué d'un compresseur basse-pression 35 qui aspire du gaz travaillant 81 dans l'atmosphère via un conduit d'entrée de compresseur 3, la sortie dudit compresseur basse-pression 35 étant reliée à l'entrée d'un compresseur haute-pression 36 via un refroidisseur intermédiaire de compresseur 37.
La figure 1 illustre qu'en sortie du compresseur haute-pression 36, le gaz travaillant 81 est expulsé dans le conduit haute-pression de régénération 6 que comprend l'échangeur thermique de régénération 5 qui en l'occurrence est un échangeur thermique à
contre-courant 41 connu en soi. On assumera ici l'hypothèse selon laquelle le gaz travaillant 81 est expulsé du compresseur haute-pression 36 sous une pression de vingt bars et à une température de deux-cents degrés Celsius. 8 Figure 1 also illustrates that another variant of the cooling system regenerative 100 according to the invention consists in that the output of the gas regulator 78 can be connected to the low-pressure regeneration line 7 by a bypass duct speaker 87 which allows the working gas 81 expelled at the outlet of the gas regulator 78 to go directly from said outlet to the low-pressure regeneration line 7 without go through the circulation space 80.
According to this latter variant, the effective section of the conduit of bypass 87 can optionally be adjusted by a flow control valve 85, this latest may - depending on its position - prohibit, leave free, or restrict the circulation of working gas 81 in said bypass duct 87.
In FIG. 1, it is noted that advantageously the outside of the enclosure of cooling 79 may be coated with a heat shield 88 which may consist of any material insulation known to those skilled in the art and who can ¨ besides the enclosure of cooling 79 ¨
coat the various hot ducts and organs that make up the engine thermal to regeneration 1.
Note that in this case, said heat shield 88 is provided to prevent any loss of excessive heat which is unfavorable to the efficiency of the heat engine at regeneration 1.
OPERATION OF THE INVENTION:
The operation of the regenerative cooling system 100 according to the invention easily understood from the view of FIG.
To detail this operation, we will use the example of system realization regenerative cooling device 100 according to the invention when the engine regeneration 1 to which it applies consists of the heat transfer-expansion engine and regeneration subject of the patent application N FR 15 51593 of 25 February 2015 belonging to the applicant.
As can be seen in FIG. 1, the regeneration motor 1 here comprises a compressor 2-stage which consists in particular of a low-pressure compressor 35 which aspire of working gas 81 in the atmosphere via a compressor inlet duct 3, the exit said low-pressure compressor 35 being connected to the inlet of a compressor Haute pressure 36 via a compressor intercooler 37.
FIG. 1 illustrates that at the outlet of the high-pressure compressor 36, the gas working 81 is expelled into the high-pressure regeneration duct 6 that includes exchanger thermal regeneration 5 which in this case is a heat exchanger to against-current 41 known in itself. Here we assume the assumption that the gas working 81 is expelled from the high-pressure compressor 36 under a pressure of twenty bar and at a temperature of two hundred degrees Celsius.

9 En circulant dans le conduit haute-pression de régénération 6, le gaz travaillant 81 est préchauffé à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius par le gaz travaillant 81 chaud qui circule dans le conduit basse-pression de régénération 7 adjacent.
Pour simplifier, considérons que le rendement de l'échangeur thermique de régénération 5 est de cent pour cent. Ceci implique que le gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit basse-pression de régénération 7 entre dans ce dernier à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius et sort dudit conduit 7 à une température de deux-cents degrés Celsius avant d'être relâché dans l'atmosphère via le conduit de sortie de moteur 33, cependant que le gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit haute-pression de régénération 6 entre dans ce dernier à une température de deux-cents degrés Celsius pour en ressortir à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius.
Sortant du conduit haute-pression de régénération 6, ledit gaz travaillant 81 est ensuite surchauffé à mille-quatre-cents degrés Celsius par la source de chaleur 12 qui - selon cet exemple de réalisation - est constituée d'un brûleur de carburant 38.
Au sortir dudit brûleur 38, le gaz travaillant 81 est acheminé par un conduit d'admission des gaz chauds 19 jusqu'au détendeur de gaz 78 qui n'est autre que le cylindre détendeur 13 du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N
FR 15 51593.
On note que le conduit d'admission des gaz chauds 19 est préférentiellement réalisé en céramique à haute résistance à la température jusqu'à son raccordement avec une culasse de cylindre détendeur 14 coiffant l'une ou l'autre extrémité du cylindre détendeur 13. Ainsi, la température dudit conduit 19 reste approximativement égale à mille-quatre-cents degrés Celsius de sorte que le gaz travaillant 81 circulant dans ledit conduit 19 conserve sa température tout au long de son parcours.
Ainsi donc, comme illustré en figure 1, chaque extrémité du cylindre détendeur 13 est coiffée d'une culasse de cylindre détendeur 14 de sorte que soient définies avec un piston détendeur à double effet 15 deux chambres de transvasement-détente 16. On note aussi que chaque culasse comporte une soupape doseuse d'admission 24 et une soupape doseuse d'échappement 31.
Grâce au système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention, le moteur thermique à transfert-détente et régénération étant chaud, le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 sont maintenus à une température voisine de sept-cents degrés Celsius. Ceci permet de réaliser ledit le cylindre 13 et lesdites culasses 14 dans un matériau moins cher et plus courant que la céramique, tel que l'inox ou la fonte ferritique au silicium.
Le piston détendeur à double effet 15 est quant à lui, et selon cet exemple non-limitatif de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention, fabriqué en nitrure de silicium. La température moyenne de fonctionnement dudit piston 15 est de l'ordre de huit-cents degrés Celsius.

On remarque en figure 1 que ledit piston 15 est relié par des moyens mécaniques de transmission 19 à un arbre de sortie de puissance 17, lesdits moyens 19 étant notamment constitués d'une bielle 42 articulée autour d'une manivelle 43.
5 Le gaz travaillant 81 porté à une pression de vingt bars et à une température de mille-quatre-cents degrés Celsius est donc introduit dans l'une ou l'autre chambre de transvasement-détente 16 par la soupape doseuse d'admission 24 correspondante.
En passant au travers de l'orifice maintenu ouvert par la soupape doseuse d'admission 24, 9 While circulating in the high-pressure regeneration pipe 6, the gas working 81 is preheated to a temperature of six-hundred-fifty degrees Celsius by the gas working 81 hot circulating in the low-pressure regeneration pipe 7 adjacent.
For simplicity, consider that the efficiency of the heat exchanger regeneration 5 is one hundred percent. This implies that the working gas 81 circulating in the conduit low-pressure regeneration 7 enters the latter at a temperature of six hundred-fifty degrees Celsius and out of said duct 7 at a temperature of two-hundred degrees Celsius before being released into the atmosphere via the outlet duct of motor 33, however, the working gas 81 flowing in the high-pressure conduit of regeneration 6 enters the latter at a temperature of two hundred degrees Celsius for to come out at a temperature of six hundred and fifty degrees Celsius.
Leaving the high-pressure regeneration duct 6, said working gas 81 is then overheated at four thousand four hundred degrees Celsius by the heat source 12 which - according to this embodiment - consists of a fuel burner 38.
On leaving said burner 38, the working gas 81 is conveyed by a conduit admission of hot gases 19 to the gas regulator 78 which is none other than the cylinder regulator 13 of the transfer-expansion and regeneration thermal engine which is the subject of the patent N
FR 51593.
It is noted that the inlet duct of the hot gases 19 is preferentially made in ceramic with high temperature resistance up to its connection with a breech of the regulator cylinder 14 covering one or the other end of the cylinder regulator 13. Thus, the temperature of said duct 19 remains approximately equal to one thousand eight hundred degrees Celsius so that the working gas 81 flowing in said duct 19 keep his temperature throughout its course.
Thus, as illustrated in FIG. 1, each end of the regulator cylinder 13 is capped with a cylinder head 14 regulator cylinder so that are defined with a piston double-acting regulator 15 two transfer-relaxation chambers 16. Note as well each cylinder head has an intake metering valve 24 and a valve exhaust meter 31.
Thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, the thermal motor with transfer-relaxation and regeneration being hot, the cylinder 13 and the breeches of cylinder regulator 14 are maintained at a temperature close to seven hundred degrees Celsius. This makes it possible to make said cylinder 13 and said cylinder heads 14 in a material cheaper and more common than ceramics, such as stainless steel or cast iron ferritic silicon.
The double-acting piston expander 15 is itself, and according to this example non-limiting realization of the regenerative cooling system 100 according to the invention, made in silicon nitride. The average operating temperature of said piston 15 is of the order of eight hundred degrees Celsius.

FIG. 1 shows that said piston 15 is connected by means mechanical transmission 19 to a power output shaft 17, said means 19 being especially constituted by a connecting rod 42 articulated around a crank 43.
The working gas 81 brought to a pressure of 20 bars and temperature of thousand four hundred degrees Celsius is thus introduced into one or the other chamber of transfer-expansion 16 by the corresponding metering valve 24.
By passing through the orifice kept open by the metering valve admission 24,

10 ledit gaz 81 commence à légèrement se refroidir notamment au contact des parois internes de la culasse de cylindre détendeur 14 qu'il traverse, et des parois interne de la chambre de transvasement-détente 16 dans laquelle il est introduit dans l'objectif d'y être détendu par le piston détendeur à double effet 15. Lesdites parois sont - comme nous l'avons vu précédemment - maintenues à sept-cents degrés Celsius par le système de refroidissement régénératif 100.
Nous ferons à ce stade l'hypothèse que le gaz travaillant 81 perd en moyenne cent degrés Celsius en léchant les parois internes de la culasse de cylindre détendeur 14, et celles de la chambre de transvasement-détente 16. En conséquence, la température du gaz travaillant 81 a chuté pendant son transvasement depuis le conduit d'admission des gaz chauds 19 vers la chambre de transvasement-détente 16 pour passer de mille-quatre-cents degrés Celsius à mille-trois-cents degrés Celsius.
Lorsque la quantité de gaz travaillant 81 recherchée a été effectivement introduite dans la chambre de transvasement-détente 16 par la soupape doseuse d'admission 24 correspondante, cette dernière se referme, et le piston détendeur à double effet 15 détend ledit gaz 81. Ce faisant, ledit piton 15 récolte le travail produit par la détente dudit gaz 81, et communique ledit travail à l'arbre de sortie de puissance 17 notamment via la bielle 42 et la manivelle 43.
Une fois le gaz travaillant 81 détendu par le piston détendeur à double effet 15, la pression dudit gaz 81 a chuté à environ un bar absolu. Il en est de même pour la température dudit gaz 81 qui est passée de mille-trois-cents degrés Celsius à cinq-cent-cinquante degrés Celsius.
Le piston détendeur à double effet 15 ayant atteint son Point Mort Bas, la soupape doseuse d'échappement 31 s'ouvre et ledit piston 15 expulse ledit gaz 81 dans le conduit d'entrée d'enceinte 84 qui achemine ledit gaz 81 jusqu'au port d'entrée d'enceinte 82.
Le gaz travaillant 81 pénètre alors dans l'espace de circulation des gaz 80 puis se dirige via cet espace vers le port de sortie d'enceinte 83. Ce faisant, ledit gaz 81 lèche les parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14.
Lesdites parois externes ont été prévues en tout ou partie rugueuses et/ou parsemées de motifs géométriques afin de produire un forçage convectif obligeant le gaz travaillant 81 à
prélever plus ou moins de chaleur auxdites parois lorsque ledit gaz 81 circule au contact desdites parois. Said gas 81 begins to cool slightly, in particular in contact with internal walls the cylinder head of the regulator cylinder 14 that it passes through, and internal walls from the room of transfer-relaxation 16 in which it is introduced for the purpose of To be relaxed by the piston regulator double effect 15. The said walls are - as we saw it previously - maintained at seven hundred degrees Celsius by the system of cooling regenerative 100.
We will at this stage assume that the working gas 81 loses on average one hundred degrees Celsius by licking the inner walls of the cylinder cylinder cylinder 14, and those of 16. As a result, the temperature of the gas working 81 dropped during his transfer from the intake duct gases hot 19 towards the transfer-relaxation chamber 16 to spend thousands of four hundred degrees Celsius to one thousand three hundred degrees Celsius.
When the amount of working gas 81 sought was actually introduced in the transfer-expansion chamber 16 by the intake metering valve 24 corresponding, it closes, and the piston regulator double effect 15 relaxes said gas 81. In doing so, said peak 15 collects the work produced by the detente of said gas 81, and communicates said work to the power output shaft 17, in particular via the connecting rod 42 and the crank 43.
Once the working gas 81 has been expanded by the double acting expansion piston 15, the pressure said gas 81 has dropped to about one absolute bar. It is the same for the temperature of said gas 81 which went from one thousand three hundred degrees Celsius to five hundred fifty degrees Celsius.
The double acting piston expander 15 having reached its lowest dead point, the metering valve exhaust 31 opens and said piston 15 expels said gas 81 into the entrance duct enclosure 84 which conveys said gas 81 to the enclosure inlet port 82.
The working gas 81 then enters the gas circulation space 80 then goes via this space to the speaker output port 83. In doing so, said gas 81 lick the walls external hot rollers of cylinder 13 and cylinder heads regulator 14.
Said external walls have been provided wholly or partly rough and / or dotted with geometric patterns to produce a convective forcing forcing gas working 81 to take more or less heat at said walls when said gas 81 flows in touch with said walls.

11 En outre, la géométrie interne de l'enceinte de refroidissement 79 et/ou la géométrie externe du cylindre détendeur 13 et/ou la géométrie externe des culasses de cylindre détendeur 14 peuvent avantageusement former des canaux qui forcent tout ou partie du gaz travaillant 81 à suivre un itinéraire ou plusieurs itinéraires simultanés pour aller du port d'entrée d'enceinte 82 au port de sortie d'enceinte 83 via l'espace de circulation des gaz 80.
On comprend que la double stratégie de forçage convectif et d'itinéraire forcé
du gaz travaillant 81 permet de choisir de première part, les zones d'export de chaleur depuis les parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 vers ledit gaz 81, de deuxième part, l'ordre chronologique de balayage desdites zones par ledit gaz 81, et de troisième et dernière part, l'intensité du forçage convectif le long de l'itinéraire dudit gaz 81.
En tout état de cause, pendant son parcours dans l'enceinte de refroidissement 79, la température du gaz travaillant 81 soustrait de la chaleur aux parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 au point que la température dudit gaz 81 passe progressivement de cinq-cent-cinquante degrés Celsius à six-cent-cinquante degrés Celsius. Ce faisant et en relation avec la stratégie de forçage convectif et d'itinéraire choisie pour ledit gaz 81, ce dernier homogénéise la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 ladite température étant maintenue au voisinage de sept-cents degrés Celsius.
Le gaz travaillant 81 ayant atteint sa nouvelle température de six-cent-cinquante degrés Celsius, ledit gaz 81 parvient au port de sortie d'enceinte 83 et rejoint le conduit basse-pression de régénération 7 via le conduit de sortie d'enceinte 86.
Comme on l'a compris à la lecture de ce qui précède, en circulant dans le conduit basse-pression de régénération 7 et avant d'être relâché dans l'atmosphère via le conduit de sortie de moteur 33, le gaz travaillant 81 expulsé du port de sortie d'enceinte 83 cède une grande partie de sa chaleur au gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit haute-pression de régénération 6 adjacent.
En définitive et grâce au système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention, la chaleur extraite du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 pour les maintenir à une température de l'ordre de sept-cents degrés Celsius n'est en rien dissipée en pure perte.
En effet, ladite chaleur est réintroduite dans le cycle thermodynamique du moteur thermique à régénération 1 pour se substituer à une partie de la chaleur devant être apportée par le brûleur de carburant 38 pour porter le gaz travaillant 81 à une température de mille-quatre-cents degrés Celsius avant que ce dernier ne soit dirigé vers le cylindre détendeur 13 puis introduit dans les chambres de transvasement-détente 16.
On remarque en figure 1 le conduit de contournement d'enceinte 87 lequel comprend une vanne de réglage de débit 85. On remarque aussi en figure 1 que le conduit de sortie d'enceinte 86 comprend également une vanne de réglage de débit 85. Ces deux dites 11 In addition, the internal geometry of the cooling chamber 79 and / or the geometry external cylinder of the regulator cylinder 13 and / or the external geometry of the cylinder heads of cylinder regulator 14 can advantageously form channels that force all or part of gas working 81 to follow a route or several simultaneous routes to go from the port speaker input 82 to the speaker output port 83 via the space of flow of gases 80.
We understand that the double strategy of convective forcing and forced route some gas working 81 allows to choose first, the export zones of heat since the hot outer walls of the regulator cylinder 13 and cylinder heads regulator 14 to said gas 81, secondly, the chronological scanning order said areas by said gas 81, and third and last part, the intensity of the forcing convective along the route of said gas 81.
In any case, during his journey through the cooling chamber 79, the working gas temperature 81 subtracts heat from external walls hot cylinder regulator 13 and cylinder cylinder cylinder 14 to the point that the temperature said gas 81 progressively increases from five hundred fifty degrees Celsius to six hundred-fifty degrees Celsius. In doing so and in relation to the strategy of convective forcing and chosen route for said gas 81, the latter homogenizes the temperature of the cylinder expander 13 and cylinder cylinder cylinder 14, said temperature being maintained in the neighborhood of seven hundred degrees Celsius.
The working gas 81 having reached its new temperature of six hundred fifty degrees Celsius, said gas 81 reaches the speaker output port 83 and rejoins the low leads regeneration pressure 7 via the enclosure output conduit 86.
As we understood from reading the above, while circulating in the low leads regeneration pressure 7 and before being released to the atmosphere via the outlet duct motor 33, the working gas 81 expelled from the speaker output port 83 give in to a big part of its heat to the working gas 81 which circulates in the high-pressure of adjacent regeneration 6.
Ultimately and thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, the heat extracted from the regulator cylinder 13 and the cylinder heads regulator 14 for the maintain at a temperature of the order of seven hundred degrees Celsius is in nothing dissipated in pure loss.
Indeed, said heat is reintroduced into the thermodynamic cycle of the thermal motor to regenerate 1 to substitute for some of the heat to be brought by the fuel burner 38 to carry the working gas 81 at a temperature of thousand-four-hundred degrees Celsius before it reaches the cylinder regulator 13 then introduced into the transfer-relaxation chambers 16.
It is noted in Figure 1 the speaker bypass duct 87 which includes a flow control valve 85. It can also be seen in FIG.
exit enclosure 86 also includes a flow control valve 85. These two say

12 vannes 85 constituent une variante de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l'invention et sont prévues pour réguler la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14.
En effet, si ladite température est trop élevée, la vanne de réglage de débit 85 du conduit de contournement d'enceinte 87 obture ledit conduit de contournement 87 tandis que la vanne de réglage de débit 85 du conduit de sortie d'enceinte 86 ouvre ledit conduit de sortie 86. Ceci a pour effet de forcer le gaz travaillant 81 expulsé des chambres de transvasement-détente 16 par leur soupape doseuse d'échappement 31 respective à passer par l'espace de circulation des gaz 80 pour rejoindre le conduit basse-pression de régénération 7.
Si au contraire la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 est trop basse, la vanne de réglage de débit 85 du conduit de contournement d'enceinte 87 ouvre ledit conduit de contournement 87 tandis que la vanne de réglage de débit 85 du conduit de sortie d'enceinte 86 ferme ledit conduit de sortie 86.
Ceci a pour effet d'interdire au gaz travaillant 81 expulsé des chambres de transvasement-détente 16 par leur soupape doseuse d'échappement 31 respective de passer par l'espace de circulation des gaz 80 pour rejoindre le conduit basse-pression de régénération 7. Ledit gaz 81 rejoint donc ledit conduit 7 directement, via le conduit de contournement d'enceinte 87.
On comprend que dans la pratique, les vannes de réglage de débit 85 sont rarement soit pleinement ouvertes soit pleinement fermées, et que lesdites vannes 85 peuvent être maintenues entrouvertes pour réguler la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 sans variation brutale de débit de gaz travaillant 81 circulant dans l'espace de circulation des gaz 80.
On comprend aussi que la régulation de ladite température nécessite un dispositif de commande formé par exemple d'au moins un capteur de température et d'un microcontrôleur connus en soi, lesquels permettent de piloter des servomoteurs de quelque type que ce soit qui chacun actionne une vanne de réglage de débit 85 en ouverture ou en fermeture.
Selon un mode particulier de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention, les vannes de réglage de débit 85 peuvent aussi être reliées entre-elles par une liaison mécanique pour partager le même servomoteur. En ce cas, ladite liaison garantit que lorsque la première dite vanne 85 est fermée la seconde est ouverte, et inversement.
On déduit aisément de ce qui précède que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention apporte de nombreux avantages, notamment à la mise en oeuvre du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR
15 51593 appartenant au demandeur.
A titre de premier avantage, il n'est plus nécessaire de réaliser le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 en matériau céramique comme par exemple le carbure de silicium. En effet, ce type de matériau est notoirement cher à
produire du fait de sa grande dureté le rendant difficilement usinable au moyen d'outils de coupe ou de 12 valves 85 constitute an alternative embodiment of the system of regenerative cooling 100 according to the invention and are provided for regulating the temperature of the cylinder regulator 13 and cylinder cylinder cylinder 14.
Indeed, if said temperature is too high, the flow control valve 85 of the conduit enclosure bypass 87 obturates said bypass duct 87 while that the flow control valve 85 of the enclosure output conduit 86 opens said outlet duct 86. This has the effect of forcing the working gas 81 expelled from transvasement-trigger 16 by their respective exhaust metering valve 31 to go through space of gas circulation 80 to join the low-pressure conduit of regeneration 7.
If on the contrary the temperature of the regulator cylinder 13 and cylinder heads cylinder the regulator 14 is too low, the flow control valve 85 of the circumvention of speaker 87 opens said bypass duct 87 while the valve of setting of flow 85 of the speaker output conduit 86 closes said output conduit 86.
This has the effect to ban the working gas 81 expelled from the transfer chambers-relaxation 16 by their respective exhaust metering valve 31 to pass through the space of traffic gases 80 to join the low-pressure regeneration line 7. Ledit gas 81 joined therefore, said duct 7 directly via the enclosure bypass duct 87.
It is understood that in practice, the flow control valves 85 are rarely be fully open, and that said valves 85 may to be kept ajar to regulate the temperature of the regulator cylinder 13 and cylinder cylinder cylinder 14 without sudden change in gas flow working 81 circulating in the gas circulation space 80.
It is also understood that the regulation of said temperature requires a device control formed for example of at least one temperature sensor and a microcontrollers known per se, which make it possible to drive servomotors of some type whatsoever which each actuates a flow control valve 85 in opening or closing.
According to a particular embodiment of the cooling system regenerative 100 according to the invention, the flow control valves 85 can also be connected to each other by a mechanical connection to share the same servomotor. In this case, the said bond guarantees that when the first so-called valve 85 is closed the second is open, and Conversely.
It is easy to deduce from the foregoing that the cooling system regenerative 100 according to the invention brings many advantages, in particular to the implementation work of thermal engine with transfer-relaxation and regeneration object of the request of patent N FR
51593 belonging to the applicant.
As a first benefit, it is no longer necessary to make the cylinder regulator 13 and the cylinders of the expander cylinder 14 made of ceramic material, for example the silicon carbide. Indeed, this type of material is notoriously expensive to produce due to its great hardness making it difficult to machine using cutting tools or

13 rectification conventionnels. Grâce au système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention, il est possible de remplacer ladite céramique par de la fonte ou de l'acier inoxydable. Ceci réduit fortement le prix de revient en fabrication du moteur thermique à
transfert-détente et régénération ce qui est décisif, notamment pour que ledit moteur puisse accéder au marché automobile.
A titre de deuxième avantage, le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 étant plus froids, il est possible de recourir à des matériaux à
très faible conductivité thermique et à forte résistance mécanique à la compression tels que le quartz pour réaliser les piliers évidés du cylindre détendeur à double effet à
support adaptatif objet de la demande de brevet N FR 15 58585 du 14 septembre 2015 appartenant au demandeur. En effet, si le quartz n'est pas compatible avec une température de mille trois-cents degrés Celsius, il est parfaitement compatible avec une température de sept-cents degrés Celsius. Rappelons ici que le cylindre détendeur à double effet à
support adaptatif dont il est question constitue l'un des perfectionnements-clés du moteur thermique à
transfert-détente et régénération.
A titre de troisième avantage, les culasses de cylindre détendeur 14 étant maintenues à
sept-cents degrés Celsius, elles peuvent recevoir des soupapes en nitrure de silicium préexistantes, compatibles avec ces niveaux de température. De telles soupapes ont par exemple été développées par la société NGK et ont fait l'objet de recherches sur leur industrialisation à bas coût notamment dans le cadre du projet N G3RD-CT-2000-intitulé LIVALVES , financé dans le cadre du cinquième programme cadre Européen FP5-GROWTH.
A titre de quatrième avantage, avec une température de paroi intérieure de cylindre détendeur 13 maintenue au voisinage de sept-cents degrés Celsius, le segment à
coussin d'air tel que prévu dans la demande de brevet N FR 15 51593 appartenant au demandeur peut être fait d'un superalliage durablement résistant à ces niveaux de température, sans risque pour ledit segment d'être soumis à une température significativement supérieure auxdits sept-cents degrés Celsius, notamment lorsque le moteur thermique à
transfert-détente et régénération est stoppé et avant que ce dernier n'ait refroidi.
A titre de cinquième avantage, appliqué au moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR 15 51593, le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention permet de limiter la température à
laquelle sont soumis les écrans thermiques 88 qui enveloppent le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14. En effet, l'enceinte de refroidissement 79 s'intercale entre lesdits écrans 88 d'une part, et ledit cylindre 13 et lesdites culasses d'autre part.
Le prix de revient et la durabilité desdits écrans 88 s'en trouvent ainsi améliorés dans d'importantes proportions.
Ces avantages sont obtenus sans préjudice pour le rendement énergétique final du moteur thermique à transfert-détente et régénération.

WO 2018/154213 conventional grinding. Thanks to the regenerative cooling system Next 100 the invention, it is possible to replace said ceramic with cast iron or steel stainless. This greatly reduces the cost price in engine manufacturing thermal to transfer-relaxation and regeneration which is decisive, in particular so that said engine can access the automotive market.
As a second advantage, the regulator cylinder 13 and the cylinder heads of cylinder regulator 14 being colder, it is possible to use very weak thermal conductivity and high compressive strength such that quartz to make the hollowed out pillars of the double-acting regulating cylinder object adaptive support patent application N FR 15 58585 of 14 September 2015 belonging to the applicant. Indeed, if the quartz is not compatible with a temperature of one thousand and three hundred degrees Celsius, it is perfectly compatible with a temperature of seven hundred degrees Celsius. Recall here that the double-acting regulator cylinder adaptive support This is one of the key enhancements to the engine thermal to transfer-relaxation and regeneration.
As a third advantage, the cylinder cylinder cylinder 14 being maintained at seven hundred degrees Celsius, they can receive nitride valves silicon pre-existing, compatible with these temperature levels. Such valves have by have been developed by NGK and have been the subject of research on their low-cost industrialization, particularly in the framework of the project N G3RD-CT-2000-entitled LIVALVES, funded under the fifth framework program European FP5-GROWTH.
As a fourth advantage, with an inner wall temperature of cylinder regulator 13 maintained in the vicinity of seven hundred degrees Celsius, the segment to cushion as provided for in patent application N FR 15 51593 belonging to the applicant can be made of a superalloy durably resistant to these levels of temperature, without risk for said segment to be subjected to a temperature significantly higher at seven hundred degrees Celsius, especially when the combustion engine transfer-relaxation and regeneration is stopped and before it has cooled down.
As a fifth advantage, applied to the heat transfer engine relaxation and regeneration object of the patent application N FR 51593, the system of cooling regenerative 100 according to the invention makes it possible to limit the temperature to which are subject the heat shields 88 which surround the regulator cylinder 13 and the cylinder heads cylinder regulator 14. In fact, the cooling chamber 79 is intercalated between said screens 88 on the one hand, and said cylinder 13 and said cylinder heads on the other hand.
Cost price and the durability of said screens 88 are thus improved in important proportions.
These advantages are achieved without prejudice to the final energy efficiency of the motor thermal transfer-relaxation and regeneration.

WO 2018/1542

14 PCT/FR2018/050335 Au contraire, le système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention permet de découpler la relation existante selon la demande de brevet N FR 15 51593 entre la résistance à la température des matériaux constitutifs du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 d'une part, et la température du gaz travaillant 81 sortant du brûleur de carburant 38 d'autre part.
En quelque sorte, grâce au système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention, il est envisageable de hausser la température du gaz travaillant 81 sortant du brûleur de carburant 38 pour augmenter le rendement final du moteur thermique à transfert-détente et régénération et ceci, sans compromettre la tenue à la température des principaux organes qui constituent ledit moteur.
On note qu'outre le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N FR 15 51593, le système de refroidissement régénératif 100 suivant .. l'invention peut avantageusement s'appliquer à tout autre moteur thermique à régénération 1 dont la configuration et les caractéristiques de température sont compatibles avec ledit système 100.
Les possibilités du système de refroidissement régénératif 100 suivant l'invention ne s'en limitent donc pas aux applications qui viennent d'être décrites et il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de ladite invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tout autre équivalent. 14 PCT / FR2018 / 050335 On the contrary, the following regenerative cooling system 100 the invention allows decouple the existing relationship according to the patent application N FR 15 51593 enter here resistance to temperature of the materials constituting the regulator cylinder 13 and regulator cylinder heads 14 on the one hand, and the temperature of the gas working outgoing 81 of the fuel burner 38 on the other hand.
In a way, thanks to the following regenerative cooling system 100 the invention, it is possible to raise the temperature of the working gas 81 leaving the burner fuel 38 to increase the final efficiency of the heat transfer engine.
relaxation and regeneration and this, without compromising the resistance to temperature of main organs which constitute said engine.
It is noted that in addition to the heat engine with transfer-relaxation and regeneration object of the patent application N FR 15 51593, the regenerative cooling system Next 100 .. the invention can advantageously be applied to any other engine at regeneration 1 whose configuration and temperature characteristics are compatible with said system 100.
The possibilities of the regenerative cooling system 100 next the invention does not therefore not limited to the applications just described and it must to be understood that the foregoing description has been given only by way of example and that she in no way limits the scope of the said invention, which could not be replacing the Execution details described by any other equivalent.

Claims

15

1. Regenerative cooling system (100) provided for a heat engine at regeneration (1), the latter comprising at least one heat exchanger of regeneration (5) having a high pressure regeneration line (6) in which circulates to be preheated a working gas (81) which has been previously compressed by a compressor (2), while at the outlet of said duct (6) said gas (81) is overheated by a heat source (12) before being introduced into a gas regulator (78) in which he is relaxed to produce a job on an output shaft of power (17), said gas (81) being then expelled at the outlet of the gas expander (78) then introduced into a low-pressure regeneration line (7) that is present exchanger thermal regeneration (5), said gas (81) - flowing in said led (7) - transferor a large part of its residual heat to the circulating working gas (81) in the high-pressure regeneration conduit (6), said system (100) being characterized in that that he understands:
.cndot. At least one cooling chamber (79) which encloses in all or part of it gas expander (78) and / or the heat source (12) and / or a conduit admission hot gases (19) which connects said source (12) to said expander (78), while what left a gas circulation space (80) between said enclosure (79) of a go, and / or said expander (78) and / or said source (12) and / or said duct (19) on the other hand;
.cndot. At least one speaker input port (82) that is directly or indirectly connected at the outlet of the gas regulator (78) and by which all or part of the gas working (81) expelled from said expander (78) via said outlet may enter the space of gas circulation (80);
.cndot. At least one speaker output port (83) that is directly or indirectly connected at the low-pressure regeneration line (7) and via which the working gas (81) can exit the gas circulation space (80) before being introduced in said low-pressure conduit (7).

Regenerative cooling system according to Claim 1, characterized in that that the enclosure input port (82) is connected to the output of the gas regulator (78) by a enclosure inlet duct (84) whose effective section is adjusted by a valve of flow control (85).

Regenerative cooling system according to claim 1, characterized in that the enclosure output port (83) is connected to the low-pressure conduit of regeneration (7) by an enclosure output conduit (86) whose effective cross-section is set by a flow control valve (85).

Regenerative cooling system according to Claim 1, characterized in that that the outlet of the gas expander (78) is connected to the low-pressure conduit of regeneration (7) by an enclosure bypass duct (87).

Regenerative cooling system according to Claim 4, characterized in that that the effective section of the enclosure bypass duct (87) is set by a flow control valve (85).

Regenerative cooling system according to claim 1, characterized in that the outside of the cooling chamber (79) is covered with a screen thermal (88).