EP3638887A1 - Machine de detente et procedes d'utilisation d'une telle machine - Google Patents

Machine de detente et procedes d'utilisation d'une telle machine

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Publication number
EP3638887A1
EP3638887A1 EP18726521.0A EP18726521A EP3638887A1 EP 3638887 A1 EP3638887 A1 EP 3638887A1 EP 18726521 A EP18726521 A EP 18726521A EP 3638887 A1 EP3638887 A1 EP 3638887A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
expansion
machine
working fluid
intake
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18726521.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rémi DACCORD
Antoine Debaise
St phane WATTS
Xavier Durand
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Exoes SAS
Original Assignee
Exoes SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exoes SAS filed Critical Exoes SAS
Publication of EP3638887A1 publication Critical patent/EP3638887A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/34—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/36—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating the engines being of positive-displacement type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting

Definitions

  • the present invention relates to the field of expansion machines for the recovery of thermal energy from hot fluid for the transformation into mechanical or electrical energy.
  • the invention relates to a system for recovering thermal energy from an engine such as an internal combustion engine, and finds a particular application in the field of transport.
  • EP3128137 discloses an assembly for controlling a flow of working fluid in the gas phase between its source and the admission of a flashing machine.
  • this solution provides a slide valve comprising several passages feeding on one side the cylinder head, on the other side the exhaust zone.
  • WO 2015176142 vapor expansion device comprising an expansion valve having an inlet which is connected to an intake pipe and a discharge which is connected to a discharge pipe, the intake pipe being provided with an intake valve and the discharge pipe being provided with an evacuation valve for isolating the space between the valves by closing these valves when the expander is not in operation, the device being provided with a steam supply which conditions the space between the valves when the expander is not in operation, so that the air can not penetrate the space.
  • a referenced supply valve (18) is connected to a controller which controls the opening when the expander is taken out of service and reclosing when the expander is put back into operation.
  • This supply valve is disposed on the steam supply circuit and not in the device
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the prior art to ensure optimum temperature setting of all parts of the heat machine, especially during the startup phase.
  • the invention also makes it possible to simplify the heating circuit, which makes it possible to reduce its bulk.
  • the object of the invention is to improve the operation of the machine in atypical operation modes of the expansion machine by a single and same means constituted by this valve actuating a shutter disposed in the machine.
  • the atypical functions presented in the invention are the following:
  • the invention relates, in its most general sense, to an expansion machine according to claim 1, taken alone or in combination with one or more dependent claims.
  • the invention also relates to a thermal energy recovery system according to claim 1, taken alone or in combination with one or more dependent claims.
  • FIG. 1 represents a schematic view of the solutions of the prior art
  • FIG. 2 represents a schematic view of the solution according to the invention
  • FIG. 3 represents a longitudinal sectional view of a first exemplary embodiment of a single piston expansion machine.
  • FIG. 4 represents an exploded view of an alternative embodiment of a three-piston expansion machine.
  • FIG. 5 shows a partial sectional view of a second embodiment of a three-piston expansion machine
  • FIG. 6 represents a cross-sectional view of the second exemplary embodiment of a three-piston expansion machine.
  • Figures 7 and 8 show an exterior and interior isometric view of the cylinder head
  • Figure 9 shows a longitudinal sectional view of the expansion machine.
  • FIG. 10 shows a schematic view of a third embodiment of a spiral expansion machine.
  • FIG. 1 represents a schematic view of an expansion machine solution according to the prior art.
  • An expansion machine within the meaning of the present invention, produces a rotary mechanical movement by transforming the energy from a working fluid under pressure.
  • the transformation is carried out in one or more expansion chambers forming an expansion zone, supplied with working fluid in vapor form filled with lubricant, coming from the high-pressure admission zone and discharged through an exhaust zone.
  • zone of expansion will be used to designate the zone comprising one or more expansion chambers with pistons, or a screw, or a spiral, ensuring the transformation of thermodynamic energy of thermal fluid into mechanical work.
  • expansion zone expansion zone
  • expansion chamber expansion chambers
  • the pressurized fluid comprises a main component such as ethanol, providing the thermodynamic cycle, charged with a liquid lubricant sprayed into the vapor phase of the main component.
  • the lubricant is of the polyalkylene glycol (PAG) type miscible in the liquid phase with the other components.
  • PAG polyalkylene glycol
  • the proportion of lubricant, by mass, is typically between 1 and 20% by weight.
  • This working fluid may further comprise components such as water, in a proportion of between 0 and 20% by weight and optionally additives for denaturing ethanol, for example of the Euro-denaturant (trade name). , or an alkane, or a ketone in proportions of between 1 and 10% by weight.
  • the mixture of these liquids is monophasic, the different constituents mixing perfectly.
  • composition of this working fluid is variable, but always contains a lubricant, whose degradation temperature is high and higher than the evaporation temperature of the other components.
  • the expansion machine operates according to the general principle of the relaxation step of a Rankine or Hirn cycle.
  • the working fluid fills the cavities of the expansion machine in the form of a liquid phase, without vapor phase, in order to avoid vacuum conditions with respect to atmospheric pressure which would lead in the long term to the penetration of air and therefore of oxygen in the circuit.
  • the expansion zone is filled with an exclusively liquid phase
  • the liquid phase present in the expansion machine is poor in lubricant.
  • the lubricant is the only component remaining in the liquid phase and thus ensures its lubricating function.
  • the other constituents are also in the liquid phase and thus dilute the lubricant, and very significantly reduce its lubricating capacity. Dilution is typically a factor of 5 to 100.
  • nominal operation will be understood to mean the situation in which the machine is rotating, under the action of the working fluid in the gaseous phase under pressure injected into the expansion zone to cause the displacement of the pistons or the rotation of a screw or spiral.
  • the invention relates to controlling these three atypical operating modes of the expansion machine by one and the same means:
  • the start-up phase of such an expansion machine requiring a purge of the working fluid in the liquid phase contained in the cavities of the machine, in particular in the expansion zone, and a lubrication of the internal movable members.
  • the chambers of the expansion machine are filled with liquid, namely the working fluid in the liquid phase consisting of a mixture of water (optionally) ethanol, a denaturant and a lubricant.
  • the composition of this working fluid is variable, but always contains a lubricant, whose degradation temperature is high and higher than the evaporation temperature of the other components.
  • This liquid is incompressible, and prevents the normal movement of the pistons. Furthermore, this liquid is low in lubricant, the lubricant is highly diluted, and the machine start would be in conditions of friction and wear unfavorable.
  • the liquid mixture is monophasic, the different constituents mixing perfectly.
  • it is necessary to evaporate the other components (water, ethanol and denaturant) by heating to a temperature above the evaporation temperature of these other three components, and below decomposition temperature of the lubricant.
  • This heating should preferably occur in the areas closest to the expansion zone in order to promote the evacuation of the water, ethanol and denaturant components, and to promote the deposition of the lubricant on the surface of the expansion zone, after separation due to heating.
  • the first function of the solution proposed by the invention is therefore to improve the heating as close as possible to the zone of expansion of the liquid y stagnant before starting. stop of the expansion machine: when it is desired to stop the expansion machine before the natural shutdown resulting from the ratio of the inlet pressure to the exhaust pressure below a threshold value, the means allows to lower the intake pressure and thereby lower this ratio.
  • This threshold value is for example a ratio of 5.
  • the means can reduce the ratio to a suitable value, especially if the 2-way valve is proportional or pulse-regulated
  • Insufficient superheating may correspond, for example, to a difference between the temperature of the working fluid and the saturation temperature at the pressure of the working fluid lower than a threshold value for a duration greater than a threshold duration.
  • An insufficient superheat threshold value is for example 5 ° K for 30 seconds.
  • This valve (90) controls, according to its position:
  • This configuration does not allow to properly and quickly empty the branch (23) between the valve (90) and the high-pressure inlet zone (22) of the expansion machine (0).
  • This branch (23) is a "dead" zone that generates a significant warm-up time.
  • valve (9) has two particular characteristics:
  • this valve is positioned inside the expansion machine on an internal outlet of the high-pressure inlet zone.
  • It can be positioned in the cylinder head cover or at the interface between the high-pressure inlet chamber (22) and the preheating means (15) connected to the exhaust zone.
  • the two-way valve (9) is a valve manufactured by Schrader.
  • This configuration ensures in all circumstances a sweeping of the high-pressure inlet zone by the working fluid, both when the valve is in the open position and when in the closed position, unlike the solutions of the prior art where this high pressure inlet zone is swept by the fluid of only when the valve is in the nominal operating position.
  • the valve (9) has two positions:
  • a bypass circuit comprising the preheating means (15) and which connects the intake zone (22) and the exhaust zone (32) without passing through the expansion zone (25), in phase starting when the machine is stopped and does not rotate in the expansion zone opening into the exhaust zone (32) and in the branch circuit, in the other two situations, where the machine is in operation.
  • Figure 3 shows a view of a first example of implementation of a single piston expansion machine.
  • the inlet chamber (22) has two outputs:
  • a moving means for example a piston (13) in the example described.
  • the invention is not limited to a mobile means formed by A piston.
  • the moving means can also be constituted by a screw or a spiral,
  • the first output (24) is always open in the case where the moving means is a screw or a spiral.
  • the first outlet (24) is controlled by the intake system, which alternately opens and closes the outlet (24) depending on the position of the piston.
  • the first outlet (24) is in any situation, depending on the position of the piston at the time of its stop.
  • the first output (24) can therefore be in the open position, in the closed position or in the intermediate position.
  • the state of the first internal outlet (24), at the stop of the expansion machine is not controlled and is only defined by the last position of the piston.
  • the second internal outlet (14) is associated with a valve (9) controlled by an external signal depending on the state of the expansion machine, the state of the Rankine cycle, in particular the conditions of admission of the steam, and an external stop control of the expansion machine.
  • the second internal output (14) is closed by the shutter of the valve (9).
  • valve (9) is passing to open the second internal outlet (14) and allow the passage of the working fluid from the inlet chamber (22) to the preheating means (15). ).
  • the term "preheating means”, “preheating means”, “heating means”, “bypass and preheating circuit” or “branch circuit” will be used indifferently; it is in all cases a circulation circuit of the working fluid, when the valve is open, between the intake zone and the exhaust zone with a heat exchange with the expansion zone.
  • These preheating means (15) consist of passages of the working fluid around the expansion chamber (25), to allow the heating of the piston liner, if necessary, and especially the working fluid stagnant or contained in the expansion chamber (25). They open into the exhaust zone (32). They may be constituted by bores or annular machining formed in the cylinder head or in the liner, and holes connecting these bores and machining.
  • preheating means (15) are particularly efficient when the machine is atypical starting phase to heat the expansion zone.
  • the preheating means (15) form a zone of thermal insulation of the expansion zone (25) with respect to the exhaust zone (32), and possibly with respect to the outside, when the valve (9) is in the closed position.
  • This thermal insulation is obtained by the static gas blade inside the preheating means, when they are not traversed by the working fluid.
  • General Architecture of a Three-Piston Solution Figure 4 shows an exploded view of an expansion machine according to an example of the invention.
  • the mobile hitch (300) is integrally enclosed in the volume defined by the housing (100) and the cylinder head cover
  • the casing (100) surrounds the zone of the expansion machine which extends from the low-piston end point to the outlet of the shaft (1) ⁇
  • This zone comprises in particular the inclined plate (2) which ensures the transformation of the movement of the three pistons (400, 500) back and forth in rotary motion of the shaft (1).
  • the cylinder head cover (200) surrounds the zone of the expansion machine which extends from the steam inlet in the cylinder head to the exhaust ports (38) provided at the bottom dead center. This is the hottest part of the expansion machine.
  • the mobile hitch (300) comprises the shaft (1) and the members attached thereto:
  • the steam enters the cylinder head (800) at a temperature below 250 ° C generally between 180 ° C and 235 ° C. This steam is loaded with lubricant.
  • the lubricant travels in a known manner the entire Rankine circuit, driven by the working fluid.
  • This working fluid is for example composed of an ethanol / water mixture.
  • the percentage of water is between 0 to 20% by weight, preferably 4.5% of the mass (azeotrope).
  • a denaturant for example an alkane or a ketone or a Euro-denaturant (standardized mixture) between 1% by weight and more (Euro-denaturing 7% by volume) to which polyalkylene lubricant is added.
  • glycol (PAG) miscible between 1 and 20% by weight, usually about 10%.
  • the steam arrives through an inlet fitting (20) provided on the cylinder head cover (200) and, in the example described, exits on the opposite side by an exhaust flange (33) provided on the housing (100).
  • the steam circulates in the cylinder head (800) to actuate the pistons (400, 500) as will be presented in more detail in the following description.
  • Figures 5 to 8 show views of an example of a three-piston expansion machine.
  • Figure 5 shows the expansion machine with a partial cutout for visualizing the bypass circuit of the working fluid.
  • the cylinder head cover (200) has an inlet (20) opening into a connector (26) on which is connected the inlet pipe of pressurized working fluid.
  • the inlet (20) opens into the high pressure inlet zone (22) formed by an annular chamber surrounding the zone containing the valve lifting means, not described in the present application.
  • the cylindrical inner wall of this annular chamber forming the inlet zone (22) is pierced by a first series of three outlets (24) each opening into a curved conduit opening axially in the expansion zone (25).
  • Each of these first outlets (24) is controlled by a valve (11) having a radially movable portion.
  • valves (11) are controlled in known manner by a cam (5) mounted on the motor shaft (1) to ensure the distribution of the working fluid in the expansion chambers.
  • This valve (9) controls the opening or closing of an orifice (14) opening into the high-pressure zone of restricted section, 4 to 12 times smaller than the inlet orifice (20), in order to produce intentionally operating in bypass mode (for example for purging the liquid contained in the machine at standstill) an adequate pressure drop.
  • the valve (9) is a pneumatic valve powered by the compressed air of the vehicle's pneumatic system.
  • annular inlet chamber (22) receives the working fluid and transmits it:
  • This intake chamber (22) is in any case swept by the working fluid under pressure, which ensures both in nominal operation and in one of the three atypical operating cases the purge of the liquid phase working fluid, avoiding any dead zone.
  • FIGS 6 to 8 illustrate in more detail the preheating zone (15).
  • This zone (15) is formed by an annular space defined on the outside by the cylinder head cover (200) and on the inside by the cylinder head (800). Within this annular zone (15) of preheating is a wall (810) extending in a radial and longitudinal plane intersecting the circulation of the working fluid.
  • the working fluid enters this annular preheating chamber (15) at one side of the wall (810) through an inlet (828) passing through the transverse shoulder of the cylinder head cover (200), and the other side of this wall (810), through a hole (806) through the transverse bottom (802) exhaust side.
  • the working fluid is forced to traverse a circuit between this inlet port (828) and this outlet port (806), successively bypassing the three expansion chambers (25a, 25b, 25c), which leads to an exchange thermal with these three expansion chambers (25a, 25b, 25c).
  • each expansion chamber (25a, 25b, 25c) comprises a jacket (409, 509, 609) within which a piston moves.
  • These jackets (409, 509, 609) are inserted into the yoke (800), with a positioning delimiting a peripheral tubular space (418, 518, 618) closed frontally at each end.
  • these tubular spaces (418, 518, 618) have bores (824, 825, 826) radial relative to the axis of the cylinders, and inclined downwardly of the expansion machine when mounted on the motor internal combustion.
  • These inclined bores (824, 825, 826) allow gravity evacuation of liquid residues in nominal operation and maintain a thermal insulation function by means of a static gas blade filling the tubular spaces (418, 518, 618).
  • tubular spaces (418, 518, 618) form part of the annular preheating chamber (15).
  • the working fluid enters the first tubular space (418) through a radial lumen (419a) oriented toward the inlet port (828), and exits through a diametrically opposed radial lumen (419b).
  • the working fluid then continues its path to enter the second tubular space (518) by a radial lumen (519a) oriented towards the radial lumen (419b) of the preceding annular space (418), and emerges by a light diametrically opposite radial (519b).
  • the working fluid then continues along its path to enter the third tubular space (618) by a radial lumen (619a) oriented towards the radial lumen (519b) of the preceding annular space (518), and is pulled out by a diametrically opposed radial lumen (619b) directed toward the outlet (806).
  • the working fluid successively traverses, in bypass operation mode, the three annular spaces (418, 518, 618) surrounding the expansion chambers, and ensures the heating of the working fluid stagnant in the liquid phase in these chambers. Expansion until evaporation of the ethanol, water and denaturant components, which allows their evacuation and allows the lubricant component to find a sufficient concentration to ensure the lubrication of the moving parts.
  • the working fluid enters the exhaust zone (32) which is filled with working fluid in the liquid phase during startup.
  • the working fluid from the annular preheating chamber (15) is thus injected into the exhaust zone (32) and expels the liquid phase from the working fluid.
  • the lubricating component provided by the working fluid provides the lubricating function of the inclined plate (2) and the moving parts which have been leached by the liquid phase which previously filled the exhaust zone (32).
  • the cylinder head (800) is made by molding a spheroidal graphite cast iron, machining and nitriding surface treatment in a salt bath with an additional oxidation step.
  • the breech (800) has three cavities (414, 514, 614) in which to insert the shirts tubulars (409, 509, 609) open at both ends.
  • the cavities (414, 514, 614) are blind, each having two orifices, namely an oblong exhaust port (415, 515, 615) and an inlet port (416, 516, 616).
  • a flat seal (417) visible in FIGS. 3 and 9 seals between the front surface of the liner (409) and the bottom of the cavity (414).
  • the jacket (409) has an annular groove (418) for defining, with the inner wall of the cavity (414) an annular space forming a thermal insulation.
  • this space can be traversed by a hot steam flow.
  • the cavities (414, 514, 614) have a first series of lateral bores (419, 519, 619) and a second series of lateral bores not visible in the figures, arranged on both sides of the bores. a median longitudinal plane.
  • holes (824, 825, 826) may be provided to allow gravity discharge of the oil which accumulates in the annular zone (418, 518, 618) of the cylinder head (800).
  • the holes (824, 825, 826) are provided in the lower parts when the machine is mounted on the internal combustion engine.
  • the central bore (801) is intended for the passage of the shaft (1).
  • This passage (1) has a bearing zone of a conical bearing (617) visible in FIGS. 3 and 9.
  • the bottom (802) of the cylinder head (800) further has holes (803 to 805) for fixing the cylinder head (800) on the housing by screws penetrating into the threads provided in the bosses.
  • the orifice (806) constitutes the output of an internal bypass duct ensuring the purging of the stagnant liquid in the machine at standstill.
  • the bottom (802) also has three lights (807 to 809) for the passage of steam escaped by the exhaust ducts (415, 515 and 615).
  • the yoke (800) has a wall (810) extending radially in a longitudinal plane between the transverse end face (802) and the intermediate transverse plate (811).
  • This wall (810) partitions the flow of steam in the bypass circuit which will be described in more detail in the following. It has a bore (822) for preventing the accumulation of oil in a part of the machine.
  • the intermediate transverse plate (811) is surrounded by a peripheral seal (812).
  • This seal (812) is a flat gasket, expanded polytetrafluoroethylene whose thickness is between 1 and 4 millimeters, and its compressibility is between 10 and 70%.
  • This plate (811) is surmounted by an annular ring (813) having at its end a peripheral edge (814) surrounded by a seal (815).
  • This seal (815) is also a flat gasket, expanded polytetrafluoroethylene whose thickness is between 1 and 4 millimeters, and its compressibility is between 10 and 70%.
  • the annular space between the seals (812) and (815) constitutes the high-pressure zone connected to the inlet (20) and opening, via the inlet valves (11), into the expansion chambers delimited by the jackets (409, 509, 609), the bottom of the cavities (414, 514, 614) and the head of the pistons (403).
  • This annular space is sealed by the two flat seals (812 and 815) when the cylinder head cover (200) is brought axially and is positioned on the housing (100).
  • the connection between the cylinder head cover (200) and the housing (100) is also sealed by the O-ring (130).
  • the annular ring (813) delimits, with a complementary inner wall (817), a thermal insulation chamber (816) of annular shape.
  • the inner wall (817) is pierced by three exhaust ducts (818 to 820) which are connected on one side to the exhaust port (415, 515, 615) and on the other side to lights ( 821) which are closable by the exhaust valves (12).
  • exhaust ducts (818 to 820) are closed by the cylinder head cover (200) to form an exhaust duct between the expansion zones and the exhaust ports (821).
  • the intake valves (11) and the exhaust valves (12) are stem valves movable in substantially radial directions under the action of the cams (5, 6) on the shaft (1).
  • the exhaust valves (12) are arranged angularly between the pistons (400, 500) so as to optimize the axial space in particular by using the space available between two adjacent jackets.
  • the intake valve duct (11) connects the high pressure zone to the expansion zone via the orifice (416, 516, 616).
  • the wall (817) is pierced by at least one bore (823) having a diameter of less than 4 mm, which opens into the insulating zone (816) to prevent the accumulation of oil and to maintain the insulating zone (816) at low pressure.
  • the cylinder head has a bypass circuit starting from the high-pressure zone, via a passage of bypass formed in the cylinder head cover (200) controlled by a valve (9).
  • This conduit opens into an area defined between the cylinder head cover (200), the intermediate plate (811) and the front plate (802).
  • valve (9) open, the vapor flowing in this zone passes successively through the annular spaces (418), into which they enter through one of the orifices (419, 519, 619) and exit through the other opposite orifice.
  • the vapor then opens, after this circuit, into the orifice (806).
  • FIG. 9 represents a longitudinal sectional view of the expansion machine according to the invention.
  • the piston (400) consists of two parts, namely the piston body (401) and the piston head (403), connected by a screw (404) or by any other known means, for example by hooping.
  • the head (403) is surrounded by a sealing segment (405), for example cast iron.
  • the body (401) is surmounted, on the side of the head (403), an annular ring (406).
  • This annular ring (406) provides guiding of the head and resumes the guide forces of the entire piston (400). It also defines a hollow space (407) between the front surface of the head (403) and the front surface of the body (401), constituting a zone of thermal insulation. This hollow volume (407) has a hole (420) opening into the exhaust zone to allow the evacuation of the liquid phase of the working fluid.
  • the head (403) is surrounded by an annular skirt (408) providing guiding relative to the liner (409) of the yoke (800).
  • the other end of the piston (400) also has an annular guide skirt (410) defining an open cavity (411) for preventing vapor compression between the piston body (401) and the bottom of the cavity (103). ) of the housing (100).
  • the open section represents about 60% of the cross section of the body (401).
  • the guidance of the piston is thus ensured on both sides of the inclined plate (2) allowing a reduction of the guiding forces but also making it possible to place the exhaust (33) as close as possible to the inlet side (20), which facilitates the integration of the relaxation machine in a vehicle.
  • the body (401) has a longitudinal groove (402) in which is slid the anti-rotation pin (109) integral with the housing (100).
  • the cooperation between the piston (400) and the inclined plate (2) is provided in known manner by pads having a spherical cap shape (412, 413) arranged on either side of the plate.
  • the pads (412, 413) are made of 100Cr6 type steel (according to the designation proposed by the AFNOR EN 10027 standard).
  • the pad (412) located on the side of the piston head (403) is optionally subjected to an amorphous carbon type surface treatment called DLC ("diamond like carbon" in English).
  • the piston body (401) is made of forged steel or spheroidal graphite cast iron, then subjected to nitriding surface treatment in a salt bath followed by an oxidation phase. It can also be realized made of forged aluminum, followed by surface treatment by anodic oxidation.
  • the piston head (403) is made of spheroidal graphite cast iron or steel, with the application of a nitriding surface treatment in a salt bath followed by an oxidation phase.
  • the inclined plate (2) is made of spheroidal graphite iron, which is then surface-treated by nitriding in a bath of salts followed by an oxidation phase.
  • the plate is made of forged steel subjected to a treatment of the DLC type on at least its plane face on the side of the cylinders. Detailed description of thermal insulation
  • the expansion machine has several zones contributing to thermal insulation. This thermal insulation reduces internal heat transfer to the machine, thus improving the efficiency.
  • the first thermal insulation zone is provided by the annular ring (406) guiding the head (403) of the piston and taking up the guiding forces of the entire piston (400).
  • This annular ring (406) delimits a hollow space (407) between the front surface of the head (403) and the front surface of the body (401), constituting a zone of thermal insulation.
  • a second thermal insulation zone is constituted by the three tubular spaces (418, 518, 618) surrounding the expansion chambers (25a, 25b and 25c). This zone is insulating when the valve (9) is in the closed position.
  • the third zone of insulation consists of disc spaces (425) located at the bottom of each of the expansion chambers (25a, 25b, 25c).
  • each liner is closed frontally by a bottom (426) crossed by:
  • the third isolation spaces (425) are formed between the bottoms (426) of the shirts and the cylinder head (800).
  • the fourth isolation space is constituted by the annular thermal insulation chamber (816) previously described.
  • the insulating zones of the machine are arranged to be subjected to the pressure of the exhaust zone (32) by means of passages putting them in communication with said exhaust zone, said passages preferably being placed close to the low point of each of the isolation zones to ensure the drainage of liquids.
  • the invention is not limited to a piston expansion machine. It can also relate to a relaxation machine using a screw or a spiral (respectively “screw expander” or “scroll expander” in English).
  • Figure 10 shows a schematic view of such a machine.
  • the preheating circuit operates in a similar manner to the previously described embodiments.
  • valve (9) controlling the passage of the working fluid, atypical operating mode, to a bypass circuit opening into the exhaust chamber containing the fixed and mobile spirals (16).
  • This valve (9) controls the opening or closing of the passage of the working fluid from the inlet chamber (22) in this branch circuit. In nominal operation, the valve (9) is in the closed position, all the working fluid from the inlet chamber (22) then supplying the expansion zone delimited by the screw or the spiral.
  • the spirals (16) may also be provided with thermal insulation means (17, 18) to limit heat transfer between the inlet chamber (22) and the expansion zone (25) and between the zone of expansion (25) and the exhaust zone (32).

Abstract

La présente invention concerne une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué par un composant principal en phase gazeuse en régime de fonctionnement nominal chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide. La zone de haute pression est constituée par la zone d'admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression. Le circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion, pour former un moyen de préchauffe (15). La zone d'admission (22) présente : o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9).

Description

MACHINE DE DETENTE ET
PROCEDES D'UTILISATION D'UNE TELLE MACHINE
Domaine de 1 ' invention
La présente invention concerne le domaine des machines de détente destinées à la récupération d'énergie thermique provenant de fluide chaud, pour la transformation en énergie mécanique ou électrique.
Selon un domaine d'invention préféré, l'invention concerne un système de récupération de l'énergie thermique issue d'un moteur tel qu'un moteur à combustion interne, et trouve une application particulière dans le domaine des transports .
Etat de la technique
Le principe général de telles machines de détente est connu dans l'art antérieur.
En particulier, la demande de brevet européen
EP3128137 décrit un ensemble pour commander un débit de fluide de travail en phase gazeuse entre sa source et l'admission d'une machine de détente.
Le but de cette solution de l'art antérieur est d'éviter la pénétration du fluide de travail sous forme liquide dans la machine, en diminuant la pression lorsque la température du fluide alimentant la machine est trop basse. Un autre but est de limiter la pression lorsque celle-ci est excessive. Pour cela, cette solution prévoit une vanne à tiroir comprenant plusieurs passages alimentant d'un côté la culasse, de l'autre coté la zone d'échappement.
On connaît aussi dans l'art antérieur la demande de brevet internationale WO 2015176142 dispositif de détente de vapeur, ledit dispositif comprenant un détendeur présentant une admission qui est raccordée à un tuyau d'admission et une évacuation qui est raccordée à un tuyau d'évacuation, le tuyau d'admission étant pourvu d'une soupape d'admission et le tuyau d ' évacuation étant pourvu d ' une soupape d ' évacuation permettant d'isoler l'espace entre les soupapes en fermant ces soupapes lorsque le détendeur n'est pas en cours de fonctionnement, le dispositif étant pourvu d'une alimentation en vapeur qui conditionne l'espace entre les soupapes lorsque le détendeur n'est pas en cours de fonctionnement, de sorte que de l'air ne puisse pas pénétrer dans l'espace.
Dans ce document de l'art antérieur, une vanne d'alimentation référenciée (18) est reliée à un contrôleur qui commande l'ouverture lorsque le détendeur est mis hors service et sa refermeture lorsque le détendeur est remis en fonctionnement. Cette vanne d'alimentation est disposée sur le circuit d'alimentation en vapeur et pas dans le dispositif
Inconvénients de l'art antérieur
La solution de l'art antérieur ne permet pas d'assurer un réchauffage adéquat de la branche en aval de la vanne, comprise entre la vanne et la culasse. Cette partie de la machine de détente n'est réchauffée que par conduction thermique . Solution apportée par l'invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur pour assurer une mise en température optimale de toutes les parties de la machine thermique, notamment lors de la phase de démarrage.
L'invention permet aussi de simplifier le circuit de réchauffage, ce qui permet d'en réduire l'encombrement.
Le but de l'invention est d'améliorer le fonctionnement de la machine dans des régimes de fonctionnement atypiques de la machine de détente par un seul et même moyen constitué par cette vanne actionnant un obturateur disposé dans la machine. Les fonctionnements atypiques présentés dans l'invention sont les suivants :
a) température de la machine trop faible,
b) surpression à l'admission,
c) demande d'arrêt de la machine,
d) surchauffe trop faible à l'admission et
e) surchauffe trop faible à l'échappement.
A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale une machine de détente conforme à la revendication 1, prise isolément ou en combinaison avec une ou plusieurs revendications dépendantes.
L'invention concerne aussi un système de récupération d'énergie thermique conforme à la revendication 1§, prise isolément ou en combinaison avec une ou plusieurs revendications dépendantes.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de
1 ' invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique des solutions de l'art antérieur
- la figure 2 représente une vue schématique de la solution selon l'invention
la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'une machine de détente à piston unique
- la figure 4 représente une vue éclatée d'une variante de réalisation d'une machine de détente à trois pistons
- la figure 5 représente une vue en coupe partielle d'un deuxième exemple de réalisation d'une machine de détente à trois pistons la figure 6 représente une vue en coupe transversale du deuxième exemple de réalisation d'une machine de détente à trois pistons
les figures 7 et 8 représentent une vue isométrique extérieure et intérieure de la culasse
la figure 9 représente une vue en coupe longitudinale de la machine de détente.
- la figure 10 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation d'une machine de détente à spirale.
Présentation schématique de l'état de la technique
La figure 1 représente une vue schématique d'une solution de machine de détente selon l'art antérieur.
Une machine de détente, au sens de la présente invention, produit un mouvement mécanique rotatif par transformation de l'énergie provenant d'un fluide de travail sous pression.
La transformation est réalisée dans une ou plusieurs chambres d'expansion formant une zone d'expansion, alimentée en fluide de travail sous forme vapeur chargé de lubrifiant, provenant de la zone d'admission haute-pression et évacué par une zone d'échappement.
Par convention, on utilisera le terme de « zone d'expansion » pour désigner la zone comprenant une ou plusieurs chambres d'expansion avec des pistons, ou une vis, ou une spirale, assurant la transformation de l'énergie thermodynamique de fluide thermique en travail mécanique.
On utilisera par la suite indifféremment les termes de « zone d'expansion », « chambre d'expansion » ou « chambres d'expansion », l'invention ne portant pas spécifiquement sur la nature de la zone d'expansion mais sur sa maîtrise thermique .
On utilisera également par la suite indifféremment les termes de « zone d'admission » ou « chambre d'admission ». Le fluide sous pression comprend un composant principal tel que l'éthanol, assurant le cycle thermodynamique, chargé avec un lubrifiant liquide pulvérisé dans la phase vapeur du composant principal. Le lubrifiant est de type polyalkylene glycol (PAG) miscible en phase liquide avec les autres composantes. La proportion de lubrifiant, en masse, est typiquement comprise entre 1 et 20% en masse.
Ce fluide de travail peut en outre comporter des composants tels que de l'eau, dans une proportion comprise entre 0 et 20% en masse et éventuellement des additifs pour dénaturer l'éthanol, par exemple de l 'euro-dénaturant (nom commercial), ou un alcane, ou une cétone dans des proportions comprises entre 1 et 10% en masse. Le mélange de ces liquides est monophasique , les différents constituants se mélangeant parfaitement.
La composition de ce fluide de travail est variable, mais contient toujours un lubrifiant, dont la température de dégradation est élevée et supérieure à la température d'évaporation des autres composantes.
En fonctionnement nominal, la machine de détente fonctionne selon le principe général de l'étape de détente d'un cycle de Rankine ou de Hirn.
A l'arrêt, le fluide de travail remplit les cavités de la machine de détente sous forme d'une phase liquide, sans phase vapeur, afin d'éviter des conditions de dépression par rapport à la pression atmosphérique qui conduiraient sur le long terme à la pénétration d'air et donc d'oxygène dans le circuit .
Le passage de cette dernière situation à un mode de fonctionnement nominal constitue une phase transitoire critique, car le fonctionnement nominal est incompatible avec une situation où :
a) la zone d'expansion est remplie d'une phase exclusivement liquide, b) la phase liquide présente dans la machine de détente est pauvre en lubrifiant. En effet, en phase « chaude », le lubrifiant est le seul composant restant en phase liquide et assure donc sa fonction de graissage. Par contre, en phase « froide » , les autres constituants sont également en phase liquide et viennent de ce fait diluer le lubrifiant, et réduire très significativement sa capacité de graissage. La dilution est typiquement d'un facteur 5 à 100.
Dans la suite de cette description, on entendra par « fonctionnement nominal», la situation dans laquelle la machine est en rotation, sous l'action du fluide de travail en phase gazeuse sous pression injecté dans la zone d'expansion pour provoquer le déplacement des pistons ou la rotation d'une vis ou d'une spirale.
On entendra par « fonctionnement atypique » des situations particulières et transitoires :
a) l'étape de démarrage de la machine passant de l'arrêt à la mise en mouvement
b) l'étape d'arrêt de la machine passant à l'inverse du fonctionnement nominal à l'arrêt
c) les situations de température et de pression du fluide de travail inappropriées avec un fonctionnement nominal.
L'invention concerne la maîtrise de ces trois régimes de fonctionnement atypiques de la machine de détente par un seul et même moyen :
a) la phase de démarrage d'une telle machine de détente, nécessitant une purge du fluide de travail en phase liquide contenu dans les cavités de la machine, notamment dans la zone d'expansion, et un graissage des organes mobiles internes. A l'arrêt, les chambres de la machine de détente sont remplies de liquide, à savoir le fluide de travail en phase liquide constitué par un mélange d'eau (éventuellement), d' éthanol, d'un dénaturant et d'un lubrifiant. La composition de ce fluide de travail est variable, mais contient toujours un lubrifiant, dont la température de dégradation est élevée et supérieure à la température d'évaporation des autres composantes.
Ce liquide est incompressible, et empêche le mouvement normal des pistons. Par ailleurs, ce liquide est peu lubrifiant, le lubrifiant étant fortement dilué, et le démarrage de la machine se ferait dans des conditions de frottement et d'usure défavorables.
Le mélange de liquide est monophasique, les différents constituants se mélangeant parfaitement. Pour permettre de concentrer la composante « lubrifiant » , il est nécessaire d'évaporer les autres composants (eau, éthanol et dénaturant), par un chauffage à une température supérieure à la température d'évaporation de ces trois autres composants, et inférieure à la température de décomposition du lubrifiant.
Ce chauffage doit préférentiellement se produire dans les zones les plus proches de la zone d'expansion afin de favoriser l'évacuation des composants eau, éthanol et dénaturant, et de favoriser le dépôt du lubrifiant à la surface de la zone d'expansion, après séparation du fait du chauffage.
Il serait très préjudiciable de démarrer la machine de détente avant d'avoir purgé le liquide et déposé un film d'huile sur les pièces mobiles. La première fonction de la solution proposée par l'invention est donc d'améliorer le chauffage au plus près de la zone d'expansion du liquide y stagnant avant le démarrage. 'arrêt de la machine de détente : lorsque l'on souhaite provoquer l'arrêt de la machine de détente avant l'arrêt naturel résultant du ratio de la pression d'admission sur la pression d'échappement inférieur à une valeur seuil, le moyen permet d'abaisser la pression d'admission et de ce fait baisser ce ratio. Cette valeur-seuil est par exemple un ratio de 5.
Alternativement il peut être souhaitable d'annuler la production de travail mécanique de la machine de détente (en particulier en cas d'arrêt du véhicule) sans nécessairement provoquer l'arrêt de la rotation de celle- ci, le moyen permet de réduire le ratio de pression à une valeur adéquate, en particulier si la vanne 2 voies est de type proportionnelle ou régulée par impulsions
c) le filtrage des conditions d'admission ou d'échappement du fluide travail en dehors de leur plage nominale, par exemple en cas de pression dépassant une valeur seuil ou de surchauffe insuffisante. Une surchauffe insuffisante peut correspondre par exemple à une différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée seuil. Une valeur seuil de surchauffe insuffisante est par exemple de 5°K pendant 30 secondes.)
Dans l'art antérieur, on a proposé de répondre à ces trois objectifs par des solutions illustrées schématiquement par la figure 1, avec une vanne à trois voies (90) extérieure à la machine de détente (0). Cette vanne à trois voies (90) est placée entre l'arrivée (21) du fluide de travail et l'admission (20) de la machine de détente (0).
Cette vanne (90) commande, selon sa position :
a) la transmission directe du fluide de travail provenant de l'arrivée (21) vers l'orifice d'admission (20) débouchant dans la zone d'admission (22) de la machine de détente (0). b) la transmission de tout ou partie du fluide de travail provenant de l'arrivée (21) vers un moyen de chauffage (15).
Cette configuration ne permet pas de vider correctement et rapidement la branche (23) comprise entre la vanne (90) et la zone d'admission à haute-pression (22) de la machine de détente ( 0 ) .
Cette branche (23) est donc une zone « morte » qui engendre un temps de préchauffage important.
Présentation schématique de l'invention
L'invention est décrite de manière schématique en référence à la figure 2.
Une des différences importantes est le fait que la vanne (9) présente deux caractéristiques particulières :
a) il s'agit d'une vanne à deux voies et non pas d'une vanne à trois voies
b) cette vanne est positionnée à l'intérieur de la machine de détente, sur une sortie interne de la zone d'admission haute-pression .
Elle peut être positionnée dans le couvre-culasse ou à l'interface entre la chambre d'admission haute-pression (22) et le moyen de préchauffe (15) relié à la zone d ' échappement .
A titre avantageux, la vanne à deux voies (9) est une vanne fabriquée par la société Schrader.
Cette configuration permet d'assurer en toute circonstance un balayage de la zone d'admission haute-pression par le fluide de travail, aussi bien lorsque la vanne est en position ouverte que lorsqu'elle est en position fermée, contrairement aux solutions de l'art antérieur où cette zone d'admission haute-pression n'est balayée par le fluide de travail que lorsque la vanne est en position de fonctionnement nominal .
La vanne (9) présente deux positions :
a) une position fermée, correspondant au fonctionnement nominal de la machine de détente, où le fluide de travail circule à l'intérieur de la machine de détente depuis la zone d'admission (22) jusqu'à l'échappement (32) en passant par la zone d'expansion (25)
b) une position ouverte, correspondant aux trois situations atypiques susvisées, où le fluide de travail traverse d'abord la chambre d'admission (22), pour déboucher ensuite :
dans un circuit de dérivation comprenant les moyens de préchauffe (15) et qui met en liaison la zone d'admission (22) et la zone d'échappement (32) sans passer par la zone d'expansion (25), en phase de démarrage où la machine est à l'arrêt et ne tourne pas dans la zone d'expansion débouchant dans la zone d'échappement (32) et dans le circuit de dérivation, dans les deux autres situations, où la machine est en fonctionnement .
Architecture générale d'une solution à piston unique
La figure 3 représente une vue d'un premier exemple de mise en œuvre d'une machine de détente à piston unique.
Elle présente une zone d'admission (22) s 'ouvrant dans l'enveloppe extérieure (10) par un orifice d'admission (20).
A l'intérieur de la machine de détente, la chambre d'admission (22) présente deux sorties :
a) une première sortie (24) débouchant dans la zone d'expansion (25) à volume variable défini par un moyen mobile, par exemple un piston (13) dans l'exemple décrit. L'invention n'est pas limitée à un moyen mobile formé par un piston. Le moyen mobile peut aussi être constitué par une vis ou une spirale,
b) une deuxième sortie interne (14) débouchant dans les moyens de préchauffe décrit ci-après. L'obturateur de la vanne (9) assure l'ouverture ou la fermeture de cette deuxième sortie interne (14).
La première sortie (24) est toujours ouverte dans le cas où le moyen mobile est une vis ou une spirale. Dans le cas d'une machine à piston, la première sortie (24) est commandée par le système d'admission, qui ouvre et ferme alternativement la sortie (24) en fonction de la position du piston. Lorsque la machine de détente est à l'arrêt, la première sortie (24) est dans une situation quelconque, dépendant de la position du piston au moment de son arrêt. La première sortie (24) peut donc aussi bien être en position ouverte, en position fermée ou en position intermédiaire. En tout état de cause, l'état de la première sortie interne (24), à l'arrêt de la machine de détente, n'est pas commandé et est uniquement défini par la dernière position du piston.
La deuxième sortie interne (14) est associée à une vanne (9) commandée par un signal extérieur en fonction de l'état de la machine de détente, l'état du cycle de Rankine, notamment les conditions d'admission de la vapeur, et d'une commande extérieure d'arrêt de la machine de détente.
On entend par « sortie interne » au sens du présent brevet un passage assurant une communication entre deux zones internes de la machine de détente, et ne débouchant pas à l'extérieur de la machine de détente.
En fonctionnement nominal, la deuxième sortie interne (14) est fermée par l'obturateur de la vanne (9).
Dans les trois cas de fonctionnement atypique susvisés, la vanne (9) est passante pour ouvrir la deuxième sortie interne (14) et permettre le passage du fluide de travail depuis la chambre d'admission (22) jusqu'aux moyens de préchauffe (15). Dans la suite de la description, on utilisera indifféremment le terme de « moyens de préchauffe », « moyens de préchauffage », « moyens de chauffage », « circuit de dérivation et de préchauffe » ou « circuit de dérivation » ; il s'agit dans tous les cas d'un circuit de circulation du fluide de travail, lorsque la vanne est ouverte, entre la zone d'admission et la zone d'échappement avec un échange thermique avec la zone d'expansion.
Ces moyens de préchauffage (15) sont constitués de passages du fluide de travail autour de la chambre d'expansion (25), pour permettre le réchauffage de la chemise de piston, le cas échéant, et surtout du fluide de travail stagnant ou contenu dans la chambre d'expansion (25). Ils débouchent dans la zone d'échappement (32). Ils peuvent être constitués par des alésages ou des usinages annulaires formés dans la culasse ou dans la chemise, et des perçages reliant ces alésages et usinages .
Ces moyens de préchauffage (15) sont particulièrement efficients lorsque la machine est en phase atypique de démarrage pour chauffer la zone d'expansion.
Lorsque la machine est en fonctionnement, l'échange thermique n'est pas un effet recherché, et la fonction de ce circuit est alors principalement de dériver une partie du fluide de travail pour abaisser la pression dans la chambre d'admission.
Par ailleurs, les moyens de préchauffage (15) forment une zone d'isolation thermique de la zone d'expansion (25) par rapport à la zone d'échappement (32), et éventuellement par rapport à l'extérieur, lorsque la vanne (9) est en position fermée. Cette isolation thermique est obtenue par la lame de gaz statique à l'intérieur des moyens de préchauffe, lorsqu'ils ne sont pas traversés par le fluide de travail . Architecture générale d'une solution à trois pistons La figure 4 représente une vue éclatée d'une machine à expansion selon un exemple de l'invention.
Elle présente un corps extérieur formé de deux parties creuses complémentaires :
- un carter (100)
- un couvre-culasse (200).
Ces deux parties complémentaires (100, 200) présentent chacune une bride périphérique (101, 201) complémentaire, pour permettre un assemblage de manière étanche par boulonnage.
L'attelage mobile (300) est intégralement enfermé dans le volume défini par le carter (100) et le couvre-culasse
(200) .
Le carter (100) entoure la zone de la machine d'expansion qui s'étend de l'extrémité point-mort bas piston jusqu'à la sortie de l'arbre (1)· Cette zone comprend notamment le plateau incliné (2) qui assure la transformation du mouvement de va-et-vient des trois pistons (400, 500) en mouvement rotatif de l'arbre (1).
Le couvre-culasse (200) entoure la zone de la machine d'expansion qui s'étend depuis l'arrivée de vapeur dans la culasse jusqu'aux lumières d'échappement (38) prévues au point mort bas piston. Il s'agit de la partie la plus chaude de la machine à expansion.
L'attelage mobile (300) comprend l'arbre (1) et les organes qui lui sont rattachés :
- le plateau incliné (2)
- les trois pistons, dont deux sont représentés sur la figure 4 (400, 500) - les trois paires de patins semi-sphériques (412, 413) assurant la transmission des efforts entre les pistons (400, 500) et le plateau incliné (2)
- les cames (5, 6) activant la distribution de vapeur - les paliers, par exemple des roulements à aiguilles ou à rouleaux, et optionnellement une pompe à huile (34).
En fonctionnement, la vapeur entre dans la culasse (800) à une température inférieure à 250°C comprise en général entre 180°C et 235°C. Cette vapeur est chargée en lubrifiant.
Le lubrifiant parcourt de manière connue tout le circuit Rankine, entraîné par le fluide de travail.
Ce fluide de travail est par exemple composé d'un mélange Ethanol / Eau. Le pourcentage d'eau est compris entre 0 à 20% en masse, préférentiellement 4.5% de la masse ( azéotrope ) .
A ce mélange est ajouté un dénaturant, par exemple un alcane ou une cétone ou de 1 ' euro-dénaturant (mélange normalisé) entre 1% en masse et plus (euro-dénaturant 7% en volume) auquel on ajoute du lubrifiant de type polyalkylene glycol (PAG) miscible entre 1 et 20% en masse, généralement environ 10%.
La vapeur arrive par un raccord d'entrée (20) prévu sur le couvre-culasse (200) et ressort, dans l'exemple décrit, du côté opposé par une bride d'échappement (33) prévue sur le carter (100).
La vapeur circule dans la culasse (800) pour actionner les pistons (400, 500) comme il sera présenté plus en détail dans la suite de la description.
Description détaillée de la zone de préchauffe
Les figures 5 à 8 représentent des vues d'un exemple de machine de détente à trois pistons. La figure 5 montre la machine de détente avec une découpe partielle permettant de visualiser le circuit de dérivation du fluide de travail.
Dans cet exemple, le couvre-culasse (200) présente un orifice d'admission (20) débouchant dans un raccord (26) sur lequel est raccordé le conduit d'arrivée de fluide de travail sous pression. De l'autre côté, l'orifice d'admission (20) débouche dans la zone d'admission haute pression (22) formée par une chambre annulaire entourant la zone contenant les moyens de levée des soupapes, non décrit dans la présente demande .
La paroi intérieure cylindrique de cette chambre annulaire formant la zone d'admission (22) est percée d'une première série de trois sorties (24) débouchant chacune dans un conduit incurvé s 'ouvrant axialement dans la zone d'expansion (25). Chacun de ces premières sorties (24) est commandée par une soupape (11) présentant une partie mobile radialement .
Ces soupapes (11) sont commandées de manière connue par une came (5) montée sur l'arbre moteur (1) pour assurer la distribution du fluide de travail dans les chambres d ' expansion .
La paroi extérieure cylindrique de cette chambre annulaire formant la zone d'admission (22) est percée d'une seconde sortie (14) débouchant dans un logement recevant la vanne de dérivation (9). Cette vanne (9) commande l'ouverture ou la fermeture d'un orifice (14) débouchant dans la zone haute-pression de section restreinte, 4 à 12 fois plus petite que l'orifice d'admission (20), afin de produire intentionnellement en fonctionnement en mode dérivation (par exemple pour la purge du liquide contenu dans la machine à l'arrêt) une perte de charge adéquate.
Le passage entre la chambre annulaire formant la zone d'admission (22) et le moyen de préchauffe est illustré sur le figure 5 par les deux flèches (46, 47), le fluide passant par l'orifice (14) puis par l'orifice (828).
La vanne (9) est une vanne pneumatique alimentée par l'air comprimé du système pneumatique du véhicule.
En l'absence d'alimentation pneumatique, la vanne
(9) passe automatiquement en position ouverte, ce qui commande le passage en mode d'arrêt en cas de défaillance.
En résumé, la chambre d'admission annulaire (22) reçoit le fluide de travail et le transmet :
a) lorsque la vanne (9) est fermée, exclusivement à la zone d'expansion
b) lorsque la vanne (9) est ouverte, à la fois à la zone d'expansion et au moyen de préchauffe.
Cette chambre d'admission (22) est dans tous les cas balayée par le fluide de travail sous pression, ce qui permet d'assurer aussi bien en fonctionnement nominal que dans l'un des trois cas de fonctionnement atypique la purge de la phase liquide du fluide de travail, en évitant toute zone morte .
Les figures 6 à 8 illustrent plus en détail la zone de préchauffe (15).
Cette zone (15) est formée par un espace annulaire défini à l'extérieur par le couvre-culasse (200) et à l'intérieur par la culasse (800). A l'intérieur de cette zone annulaire (15) de préchauffe se trouve une paroi (810) s 'étendant dans un plan radial et longitudinal coupant la circulation du fluide de travail.
Le fluide de travail pénètre dans cette chambre de préchauffe annulaire (15), d'un côté de la paroi (810) par un orifice d'entrée (828) traversant l'épaulement transversal du couvre-culasse (200), et ressort de l'autre côté de cette paroi (810), par un orifice (806), traversant le fond transversal (802) coté échappement. Le fluide de travail est forcé de parcourir un circuit entre cet orifice d'entrée (828) et cet orifice de sortie (806), contournant successivement les trois chambres d'expansion (25a, 25b, 25c), ce qui conduit à un échange thermique avec ces trois chambres d'expansion (25a, 25b, 25c).
A cet effet, chaque chambre d'expansion (25a, 25b, 25c) comprend une chemise (409, 509, 609) à l'intérieure de laquelle se déplace un piston. Ces chemises (409, 509, 609) sont insérées dans la culasse (800), avec un positionnement délimitant un espace tubulaire périphérique (418, 518, 618) fermé frontalement , à chaque extrémité.
Eventuellement, ces espaces tubulaires (418, 518, 618) présentent des perçages (824, 825, 826) radiaux par rapport à l'axe des cylindres, et inclinés vers le bas de la machine de détente lorsqu'elle est monté sur le moteur à combustion à interne. Ces perçages inclinés (824, 825, 826) permettent l'évacuation gravitaire des résidus liquide en fonctionnement nominal et de conserver une fonction d'isolation thermique grâce à une lame de gaz statique emplissant les espaces tubulaires (418, 518, 618).
Ces espaces tubulaires (418, 518, 618) forment une partie de la chambre de préchauffe annulaire (15). Le fluide de travail pénètre dans le premier espace tubulaire (418) par une lumière radiale (419a) orientée en direction de l'orifice d'entrée (828), et ressort par une lumière radiale diamétralement opposé (419b).
Le fluide de travail poursuit ensuite son parcours pour pénétrer dans le deuxième espace tubulaire (518) par une lumière radiale (519a) orientée en direction de la lumière radiale (419b) de l'espace annulaire (418) précédent, et ressort par une lumière radiale diamétralement opposée (519b).
Le fluide de travail poursuit ensuite son parcours pour pénétrer dans le troisième espace tubulaire (618) par une lumière radiale (619a) orientée en direction de la lumière radiale (519b) de l'espace annulaire (518) précédent, et ressort par une lumière radiale diamétralement opposée (619b) dirigée vers l'orifice de sortie (806).
Ainsi, le fluide de travail traverse successivement, en mode de fonctionnement de dérivation, les trois espaces annulaires (418, 518, 618) entourant les chambres d'expansion, et assure le réchauffage du fluide de travail stagnant en phase liquide dans ces chambres d'expansion jusqu'à 1 ' évaporation des composants éthanol, eau et dénaturant, ce qui permet leur évacuation et permet au composant lubrifiant de retrouver une concentration suffisante pour assurer le graissage des parties mobiles.
A la sortie de cette chambre de préchauffe annulaire (15), le fluide de travail pénètre dans la zone d'échappement (32) qui est remplie de fluide de travail en phase liquide lors du démarrage. Le fluide de travail issu de la chambre de préchauffe annulaire (15) est ainsi injecté dans la zone d'échappement (32) et chasse la phase liquide du fluide de travail. Le composant lubrifiant apporté par le fluide de travail assure la fonction de graissage du plateau incliné (2) et des organes mobiles qui avaient été lessivés par la phase liquide qui remplissait auparavant la zone d ' échappement (32).
Enfin, le fluide de travail achève son circuit par une évacuation par l'intermédiaire d'un orifice (33).
Description détaillée de la culasse.
La description détaillée de la culasse est illustrée par la figure 7 et par la figure 8.
La culasse (800) est réalisée par moulage d'une fonte à graphite sphéroïdal, usinage puis traitement de surface par nitruration dans un bain de sels avec une étape additionnelle d'oxydation.
La culasse (800) présente trois cavités (414, 514, 614) dans lesquelles viennent s'insérer les chemises tubulaires (409, 509, 609) ouvertes aux deux extrémités frontales. Les cavités (414, 514, 614) sont borgnes, chacune présentant deux orifices, à savoir un orifice d'échappement oblong (415, 515, 615) et un orifice d'admission (416, 516, 616).
Un joint plat (417) visible sur les figures 3 et 9 assure l'étanchéité entre la surface frontale de la chemise (409) et le fond de la cavité (414).
La chemise (409) présente une gorge annulaire (418) permettant de définir, avec la paroi intérieure de la cavité (414) un espace annulaire formant une isolation thermique. Optionnellement , cet espace peut être parcouru par un flux de vapeur chaude.
A cet effet, les cavités (414, 514, 614) présentent une première série de perçages latéraux (419, 519, 619) et d'une deuxième série de perçages latéraux non visibles sur les figures, disposés de part et d'autre d'un plan longitudinal médian .
D'autres perçages (824, 825, 826) peuvent être prévus pour permettre l'évacuation par gravité de l'huile qui s'accumule dans la zone annulaire (418, 518, 618) de la culasse (800). A cet effet, les perçages (824, 825, 826) sont prévus dans les parties basses lorsque la machine est montée sur le moteur à combustion interne.
Le perçage central (801) est destiné au passage de l'arbre (1).
Ce passage (1) présente une zone de portage d'un roulement conique (617) visible sur les figures 3 et 9.
Le fond (802) de la culasse (800) présente par ailleurs des perçages (803 à 805) servant à la fixation de la culasse (800) sur le carter par des vis pénétrant dans les taraudages prévus dans les bossages.
L'orifice (806) constitue la sortie d'un conduit interne de dérivation ( « by-pass » ) assurant la purge du liquide stagnant dans la machine à l'arrêt. Le fond (802) présente également trois lumières (807 à 809) destinées au passage de la vapeur échappée par les conduits d'échappement (415, 515 et 615).
A proximité de l'orifice (806), la culasse (800) présente une paroi (810) s 'étendant radialement, dans un plan longitudinal, entre la face frontale transversale (802) et le plateau transversal intermédiaire (811). Cette paroi (810) cloisonne la circulation de vapeur dans le circuit de dérivation qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Elle présente un perçage (822) destiné à éviter l'accumulation d'huile dans une partie de la machine.
Le plateau transversal intermédiaire (811) est entouré par un joint périphérique (812). Ce joint (812) est un joint plat, en polytétrafluoroéthylène expansé dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 4 millimètres, et sa compressibilité est comprise entre 10 et 70 %.
Ce plateau (811) est surmonté d'une couronne annulaire (813) présentant à son extrémité une bordure périphérique (814) entourée par un joint d'étanchéité (815). Ce joint (815) est également un joint plat, en polytétrafluoroéthylène expansé dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 4 millimètres, et sa compressibilité est comprise entre 10 et 70 %.
L'espace annulaire compris entre les joints (812) et (815) constitue la zone haute-pression reliée à l'admission (20) et débouchant, via les soupapes d'admission (11), dans les chambres d'expansion délimitées par les chemises (409, 509, 609), le fond des cavités (414, 514, 614) et la tête des pistons ( 403 ) .
Cet espace annulaire est étanché par les 2 joints plats (812 et 815) lorsque le couvre-culasse (200) est amené axialement et est positionné sur le carter (100). La liaison entre le couvre-culasse (200) et le carter (100) est également étanché par le joint torique (130). Ces étanchéités simultanées sur des plans de joints de hauteur différentes sont permises grâce aux propriétés de compressibilité du polytétrafluoroéthylène expansé ainsi qu'au choix judicieux de l'épaisseur des joints plats (812, 815).
La couronne annulaire (813) délimite, avec une paroi interne (817) complémentaire, une chambre d'isolation thermique (816) de forme annulaire.
La paroi interne (817) est percée par trois conduits d'échappement (818 à 820) qui sont reliés d'un coté à l'orifice d'échappement (415, 515, 615) et de l'autre coté à des lumières (821) qui sont obturables par les soupapes d'échappement (12).
Ces conduits d'échappement (818 à 820) sont refermés par le couvre-culasse (200) pour former un conduit d'échappement entre les zones d'expansion et les orifices d ' échappement (821) .
Les soupapes d'admission (11) et les soupapes d'échappement (12) sont des soupapes à tige, mobiles selon des directions sensiblement radiales, sous l'action des cames (5, 6) situées sur l'arbre (1).
Les soupapes d'échappement (12) sont disposées angulairement entre les pistons (400, 500) de façon à optimiser l'encombrement notamment axial en utilisant l'espace disponible entre deux chemises adjacentes.
Le conduit de soupape (11) d'admission relie la zone haute-pression à la zone d'expansion via l'orifice (416, 516, 616).
La paroi (817) est percée par au moins un perçage (823) d'un diamètre inférieur à 4 mm, qui débouche dans la zone isolante (816) pour éviter l'accumulation d'huile et pour maintenir la zone isolante (816) à basse pression.
La culasse présente un circuit de dérivation partant de la zone haute-pression, via un passage de dérivation formé dans le couvre-culasse (200) commandé par une vanne ( 9 ) .
Ce conduit débouche dans une zone définie entre le couvre-culasse (200), le plateau intermédiaire (811) et le plateau frontal (802). En fonctionnement en mode dérivation, vanne (9) ouverte, la vapeur qui circule dans cette zone traverse successivement les espaces annulaires (418), dans lesquels ils pénètrent par l'un des orifices (419, 519, 619) et ressort par l'autre orifice opposé.
La vapeur débouche ensuite, après ce circuit, dans l'orifice (806).
Description détaillée de la zone d'expansion La figure 9 représente une vue en coupe longitudinale de la machine de détente selon l'invention.
La forme du piston illustrée par la figure 9 diffère de celle illustrée par la figure 4, correspondant à une variante de réalisation en ce qui concerne ce détail. La description portera sur un seul piston (400), étant entendu que les autres pistons (500) sont identiques.
Le piston (400) est constitué de deux pièces, à savoir le corps de piston (401) et la tête du piston (403), reliés par une vis (404) ou par tout autre moyen connu, par exemple par frettage.
La tête (403) est entourée par un segment d'étanchéité (405), par exemple en fonte.
Le corps (401) est surmonté, du côté de la tête (403), d'une couronne annulaire (406).
Cette couronne annulaire (406) assure le guidage de la tête et reprend les efforts de guidage de l'ensemble du piston (400). Elle délimite également un volume creux (407) entre la surface frontale de la tête (403) et la surface frontale du corps (401), constituant une zone d'isolation thermique. Ce volume creux (407) présente un perçage (420) débouchant dans la zone d'échappement pour permettre l'évacuation de la phase liquide du fluide de travail.
La tête (403) est entourée par une jupe annulaire (408) assurant le guidage par rapport à la chemise (409) de la culasse (800).
L'autre extrémité du piston (400) présente également une jupe de guidage annulaire (410) délimitant une cavité (411) ouverte permettant d'éviter la compression de vapeur entre le corps du piston (401) et le fond de la cavité (103) du carter (100). La section ouverte représente environ 60% de la section transversale du corps (401).
Le guidage du piston est ainsi assuré de part et d'autre du plateau incliné (2) permettant une réduction des efforts de guidage mais également permettant de placer l'échappement (33) au plus près du côté de l'admission (20), ce qui facilite l'intégration de la machine de détente dans un véhicule .
Comme déjà exposé, le corps (401) présente une rainure longitudinale (402) dans laquelle vient glisser la goupille anti-rotation (109) solidaire du carter (100).
La coopération entre le piston (400) et le plateau incliné (2) est assurée de manière connue par des patins présentant une forme de calotte sphérique (412, 413) disposés de part et d'autre du plateau.
Les patins (412, 413) sont réalisés en acier de type 100Cr6 (selon la désignation proposée par la norme AFNOR EN 10027) .
Le patin (412) situé du coté de la tête de piston (403) fait optionnellement l'objet d'un traitement de surface de type carbone amorphe appelé DLC («diamond like carbon » en anglais ) .
Le corps de piston (401) est réalisé en acier forgé ou en fonte à graphite sphéroïdal, faisant l'objet ensuite d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation. Il peut aussi être réalisé en aluminium forgé, suivi d'un traitement de surface par oxydation anodique.
La tête de piston (403) est réalisée en fonte à graphite sphéroïdal ou en acier, avec application d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation.
Le plateau incliné (2) est réalisé en fonte à graphite sphéroïdal, faisant ensuite l'objet d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation.
Alternativement, le plateau est réalisé en acier forgé faisant l'objet d'un traitement de type DLC sur au moins sa face plane du coté des cylindres. Description détaillée de l'isolation thermique
La machine de détente présente plusieurs zones contribuant à l'isolation thermique. Cette isolation thermique permet de réduire les transferts thermiques internes à la machine, et donc d'améliorer le rendement.
La première zone d'isolation thermique est assurée par la couronne annulaire (406) assurant le guidage de la tête (403) du piston et reprenant les efforts de guidage de l'ensemble du piston (400). Cette couronne annulaire (406) délimite un volume creux (407) entre la surface frontale de la tête (403) et la surface frontale du corps (401), constituant une zone d'isolation thermique.
Une deuxième zone d'isolation thermique est constituée par les trois espaces tubulaires (418, 518, 618) entourant les chambres d'expansion (25a, 25b et 25c). Cette zone est isolante lorsque la vanne (9) est en position fermée.
La troisième zone d'isolation est constituée par des espaces discaux (425) situés au fond de chacune des chambres d'expansion (25a, 25b, 25c). A cet effet, chaque chemise est fermée frontalement par un fond (426) traversé par :
un orifice d'échappement débouchant dans le conduit incurvé s 'ouvrant la zone d'échappement
- un orifice d'admission débouchant dans un conduit incurvé s 'ouvrant dans la zone d'admission.
Les troisièmes espaces d'isolation (425) sont formés entre les fonds (426) des chemises et la culasse (800).
Le quatrième espace d'isolation est constitué par la chambre d'isolation thermique (816) de forme annulaire précédemment décrite.
D'une manière générale les zones d'isolation de la machine sont agencées pour être soumises à la pression de la zone d ' échappement ( 32 ) au moyen de passages les mettant en communication avec ladite zone d'échappement, lesdits passages étant préférentiellement placés proches du point bas de chacune des zones d'isolation afin d'assurer le drainage des liquides .
Par cet agencement la vapeur présente dans les zones d'isolation est à plus faible densité et donc moins conductrice de la chaleur. Par ailleurs sa surchauffe est ainsi maximale, ce qui limite les phénomènes de condensation qui nuiraient à l'isolation thermique. Architecture générale d'une solution à spirale
L'invention n'est pas limitée à une machine de détente à piston. Elle peut aussi concerner une machine de détente utilisant une vis ou une spirale (respectivement « screw expander» ou « scroll expander» en anglais).
La figure 10 représente une vue schématique d'une telle machine. Le circuit de préchauffe fonctionne de manière analogue aux réalisations précédemment décrites.
Il comporte une vanne (9) commandant le passage du fluide de travail, en mode de fonctionnement atypique, vers un circuit de dérivation débouchant dans la chambre d'échappement contenant les spirales fixe et mobile (16).
Cette vanne (9) commande l'ouverture ou la fermeture du passage du fluide de travail provenant de la chambre d'admission (22), dans ce circuit de dérivation. En fonctionnement nominal, la vanne (9) est en position fermée, tout le fluide de travail provenant de la chambre d'admission (22) alimentant alors la zone d'expansion délimitée par la vis ou la spirale.
Les caractéristiques précédemment décrites concernant la chambre d'admission (22), la vanne (9) et les moyens de commande du fluide de travail en fonctionnement normal ou en fonctionnement atypique sont directement adaptées à de telles machines à vis ou à spirale.
Les spirales (16) peuvent également être pourvues de moyens d'isolation thermiques (17, 18) afin de limiter les transferts thermiques entre la chambre d'admission (22) et la zone d'expansion (25) ainsi qu'entre la zone d'expansion (25) et la zone d'échappement (32).

Claims

Revendications
1 - Machine de détente ( 0 ) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué par un composant principal en phase gazeuse en régime de fonctionnement nominal chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
• ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne ( 9 ) pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d ' échappement (32)
caractérisée en ce que
• ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression,
• ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion (25) pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion (25), pour former un moyen de préchauffe (15)
· ladite zone d'admission présentant :
o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion (25) et
o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9)
• ladite vanne ( 9 ) étant une vanne à deux voies dont l'obturateur est disposé entre ladite seconde ouverture interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation, pour commander, lorsque ladite vanne (9) est ouverte, une circulation dudit fluide de travail entre ladite sortie interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation et de préchauffe (15).
2 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite vanne ( 9 ) est une vanne à deux voies à commande proportionnelle.
3 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite vanne (9) est une vanne à deux voies à commande par impulsions.
4 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit circuit de dérivation et de préchauffe constitue, lorsque ladite vanne (9) est fermée, un moyen d'isolation thermique de ladite zone d'expansion.
5 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite machine est une machine à pistons et en ce que ladite zone d'expansion (25) comprend au moins un cylindre.
6 - Machine de détente (0) selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit cylindre contient une chemise (409) délimitant un espace annulaire avec la paroi dudit cylindre, ledit moyen de préchauffe (15) comprenant ledit espace annulaire.
7 - Machine de détente (0) selon la revendication 5 caractérisée en ce que ledit piston contient un moyen d'isolation thermique.
8 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission (22) et ladite zone d'échappement (32).
9 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission (22) et ladite zone d'expansion (25).
10 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'échappement (32) et ladite zone d'expansion (25).
11 - Machine de détente (0) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisée en ce qu'au moins un dit moyen d'isolation thermique est constitué par un matériau d ' isolation .
12 - Machine de détente (0) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisée en ce qu'au moins un dit moyen d'isolation est constitué par un espace creux communiquant avec ladite zone d'échappement (32) par des orifices .
13 - Machine de détente (0) selon les revendications 6 et 9 ou 6 et 10 caractérisée en ce que ladite chemise (409) est fermée frontalement , la cloison de fermeture frontale présentant au moins un orifice d'admission et/ou d'échappement, ledit moyen d'isolation étant défini entre ladite cloison de fermeture frontale et la culasse.
14 - Machine de détente (0) à pistons selon la revendication 5 caractérisée en ce qu'un volume creux entre la surface frontale de la tête du piston et la surface frontale du corps du piston (400) constitue une zone d'isolation thermique .
15 - Machine de détente (0) à pistons selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit volume creux présente un perçage débouchant dans la zone d'échappement (32) pour permettre l'évacuation de la phase liquide du fluide de travail.
16 - Système de récupération d'énergie thermique comprenant au moins un évaporateur, au moins un condenseur, au moins une pompe et une machine de détente comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué, à l'admission de la machine de détente (0) en régime de fonctionnement nominal, par un composant principal en phase gazeuse chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
· ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d ' échappement (32)
caractérisé en ce que
· ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression,
• ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion (25) pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion, pour former un moyen de préchauffe (15)
• ladite zone d'admission (22) présentant :
o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion (25) et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9)
• ladite vanne ( 9 ) étant une vanne à deux voies disposée entre ladite seconde ouverture interne de ladite zone d'admission et ledit circuit de dérivation, pour commander, lorsque ladite vanne (9) est ouverte, une circulation dudit fluide de travail entre ladite sortie interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation et de préchauffe.
17 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
• ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),
Caractérisé en ce que
• l'on commande, lorsque la température de la machine de détente est inférieure à une valeur seuil variable en fonction de la pression, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour assurer une circulation dudit fluide de travail entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, afin de purger la zone d'expansion (25) du fluide de travail en phase liquide et déposer un film de lubrifiant sur les parties mobiles.
18 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
· ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d ' échappement (32),
Caractérisé en ce que
• l'on commande, lorsque la pression du fluide de travail en admission de la machine de détente est supérieure à une valeur seuil, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour abaisser la pression d'admission du fluide de travail.
19 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
• ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),
Caractérisé en ce que
• l'on commande, lors du passage en mode « arrêt » du système comprenant ladite machine de détente, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies dont l'obturateur est disposé entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour abaisser le ratio de pression entre l'admission et l'échappement.
20 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression,
· ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
• ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d ' échappement (32),
Caractérisé en ce que
• l'on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'admission, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admission (22).
21 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression,
• ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25),
• ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),
Caractérisé en ce que
• l'on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'échappement, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admission
(22).
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