FR3002286A1 - Systeme de conversion d'energie thermique des gaz d'echappement d'un moteur a combustion. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de conversion d'énergie thermique issue d'un moteur à combustion (7), comprenant un circuit (1) fermé de circulation d'un fluide de travail, comprenant un premier échangeur thermique (3), une machine de détente (4), un second échangeur thermique (5), et une pompe (2), ladite machine de détente (4) étant adaptée pour, lors de la détente du fluide suite à son évaporation dans le premier échangeur thermique (3) et à son maintien sous pression par la pompe (2), entrainer en mouvement un élément mobile (14) par l'intermédiaire d'une liaison mécanique lubrifiée disposée dans un carter (17), caractérisé en ce que ledit carter (17) est configuré de manière à ce que en régime établi, les conditions de température et de pression dans le carter (17) soient telles que le fluide de travail se trouvant dans le carter (17) soit à l'état gazeux et le lubrifiant à l'état liquide.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente 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 L'ART On connait des systèmes de conversion de la chaleur issue d'un moteur en énergie mécanique. De tels ensembles sont notamment connus pour la conversion de chaleur émise par des moteurs à combustion interne, qui est notamment dissipée lors de l'expulsion des gaz d'échappement et est donc perdue.

De tels ensembles sont soumis à des contraintes de poids et d'encombrement exigeantes. Ils tendent ainsi à devenir de plus en plus compacts. Ces systèmes fonctionnent avec un fluide de travail que l'on soumet à un cycle thermodynamique de Rankine comprenant une compression, une évaporation complétée d'une éventuelle surchauffe, une détente et une condensation, permettant d'actionner des organes mobiles tels que des pistons afin d'obtenir de l'énergie mécanique. Ces systèmes comprenant des pièces mobiles, ils nécessitent conventionnellement l'utilisation d'un lubrifiant au niveau des liaisons mécaniques entre les pièces mobiles telles que les paliers ou plus généralement les surfaces de contact. Le fluide de travail circule dans un circuit primaire, et le lubrifiant est quant à lui confiné dans un carter comprenant les éléments à lubrifier.

Une problématique résultant de cette structure est liée à la possible migration de fluide de travail vers le carter et inversement du lubrifiant dans le circuit primaire.

En effet, la présence de fluide de travail au niveau des zones lubrifiées dans le carter entraine une détérioration de la qualité de la lubrification. De plus, la fuite de lubrifiant vers le circuit primaire présente plusieurs inconvénients.

En premier lieu, on réduit la quantité de lubrifiant au niveau des liaisons mécaniques, ce qui peut provoquer une usure et une détérioration des pièces mobiles. Par ailleurs, les lubrifiants utilisés conventionnellement ne sont pas adaptés pour être exposés à des températures élevées telles que celles auxquelles est exposé le fluide de travail, les gaz d'échappement d'un véhicule pouvant par exemple atteindre une température de l'ordre de 800 °C. La température en certains points du circuit primaire peut ainsi présenter des températures élevées, par exemple de l'ordre de 350°C. Le lubrifiant est alors susceptible de se décomposer et ainsi de polluer le circuit primaire, dégradant alors ses performances. Les exigences croissantes en termes de compacité entrainent une réduction des zones séparant le fluide de travail du lubrifiant, ce qui accroît cette problématique.

Plusieurs documents visent cette problématique et proposent des structures particulières afin d'éviter ou tout du moins limiter ce mélange du fluide de travail et du lubrifiant. On peut ainsi citer les documents W02012013462(A1), 30 W02012013463(A1) et W02012013470(A1). Les arrangements proposés portent sur l'architecture de la machine afin de réduire les zones de fuite du fluide de travail vers le carter, et du lubrifiant vers le circuit primaire.

Les structures proposées demeurent toutefois incapables de garantir une étanchéité parfaite. Or il serait avantageux d'éviter les conséquences, notamment exposées ci-dessus, des mélanges de fluide de travail et de lubrifiant. Ceci est en particulier désirable pour des applications requérant une durée de vie élevée (de l'ordre de 5000 heures) sans maintenance. Le but de l'invention est d'éviter ces conséquences pour un système de récupération de l'énergie thermique issue d'un moteur tel qu'un moteur à combustion interne. PRESENTATION DE L'INVENTION A cet effet, la présente invention propose un système de conversion d'énergie thermique issue d'un moteur à combustion, comprenant un circuit fermé de circulation d'un fluide de travail, comprenant successivement un premier échangeur thermique disposé au contact d'une source chaude du moteur à combustion, une machine de détente, un second échangeur thermique disposé au contact d'une source froide, et une pompe réalisant la circulation du fluide de travail dans ledit circuit, ladite machine de détente étant adaptée pour, lors de la détente du fluide suite à son évaporation dans le premier échangeur thermique et à sa mise sous pression par la pompe, entrainer en mouvement un élément mobile par l'intermédiaire d'une liaison mécanique disposée dans un carter et lubrifiée au moyen d'un lubrifiant à l'état liquide, caractérisé en ce que ledit carter est configuré de manière à ce que en régime établi, les conditions de température et de pression dans le carter soient telles que le fluide de travail se trouvant dans le carter soit à l'état gazeux et que le lubrifiant soit à l'état liquide.

Selon un mode de réalisation particulier, ledit carter comprend un orifice d'évacuation de la vapeur du fluide de travail. Ledit système comprend alors typiquement en outre des moyens de séparation entre la vapeur du fluide de travail et le lubrifiant de la liaison mécanique lubrifiée en aval de l'orifice d'évacuation de la vapeur. Selon un mode de réalisation particulier, ledit système comprend en outre un dispositif de dérivation de la machine de détente adapté pour sélectivement entrainer le fluide de travail au travers de la machine de détente ou au travers dudit dispositif de dérivation ou pour répartir le flux de fluide de travail entre le dispositif de dérivation et la machine de détente, ledit dispositif de dérivation étant relié audit carter de manière à permettre une élévation de la température du carter.

La liaison mécanique est typiquement lubrifiée au moyen d'un lubrifiant présentant tout ou partie des propriétés suivantes ; - une densité supérieure à 1 ; - une viscosité cinématique appropriée sur une plage de température large, typiquement entre 50 et 400mm2/s à 40°C et entre 5 et 50mm2/s à 100°C ; - un indice de viscosité supérieur à 100 ; - il n'est pas inflammable ; - une stabilité à l'état liquide jusqu'à une température égale à 150°C ou supérieure à 150°C ; - une stabilité à haute température jusqu'à 350°C, ou se décomposant à haute température sans créer de dépôts ou de substances nuisibles au bon fonctionnement du système ; - une volatilité réduite, par exemple conduisant à des pertes par évaporation de moins de 1% en masse en 22 heures à 100°C ; - il est peu ou pas réactif avec le fluide de travail choisi ; - dans le cas où le fluide de travail et le lubrifiant sont miscibles, la viscosité du lubrifiant doit être dans les valeurs cibles jusqu'à une teneur en fluide de travail de 40% en masse ; typiquement choisi parmi la liste suivante : - une huile de type perfluoropolyether ; - une huile de type polyalkylène glycol, par exemple miscible ou non miscible avec le fluide de travail.

Le fluide de travail est typiquement choisi parmi la liste suivante : - le fluide de travail est de l'eau, - le fluide de travail contient au moins un alcool, - le fluide de travail contient de l'ammoniac, - le fluide de travail est un fluide de type hydrofluorocarbure, ou - le fluide de travail est un fluide de type hydrofluoroléfine. Selon un mode de réalisation particulier, la lubrification de la liaison mécanique est réalisée par un circuit d'huile pressurisée, pouvant 15 comprendre au moins un échangeur thermique assurant une régulation de la température de l'huile dans ledit circuit. Selon un mode de réalisation particulier, ledit système comprend en outre des moyens de pompage configurés pour extraire la vapeur de 20 fluide de travail du carter afin de le maintenir à une pression inférieure ou égale à la pression de saturation du fluide de travail à la température du carter. La présente invention concerne également un véhicule comprenant un 25 moteur thermique et un système de conversion d'énergie thermique tel que présenté précédemment, le premier échangeur thermique étant disposé de manière à convertir l'énergie thermique issue du moteur thermique du véhicule. 30 La présente invention concerne en outre un procédé de conversion d'énergie thermique issue d'un moteur à combustion, le procédé comprenant les étapes consistant à : - faire circuler un fluide de travail sous pression dans un circuit fermé, - vaporiser le fluide de travail sous pression par échange thermique avec le moteur thermique, - réaliser une détente du fluide de travail dans une machine de détente, la détente entrainant en déplacement un élément mobile de la machine de détente, ledit élément mobile étant lié à une liaison mécanique lubrifiée située dans un carter, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'en fonctionnement, les conditions de température et de pression dans le carter soient telles que le fluide de travail se trouvant dans le carter soit à l'état gazeux.

PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels : - La figure 1 représente un circuit opérant un cycle thermodynamique de Rankine, et la figure 2 représente un tel circuit intégré à un moteur à combustion interne. - La figure 3 représente une machine de détente axiale à pistons et plateau inclinée pourvue de pistons fourreau. - La figure 4 représente une machine de détente axiale à pistons et plateau incliné pourvue de pistons de type à crosse. - Les figures 5 à 8 représentent une machine de détente à piston intégré à un circuit opérant un cycle thermodynamique de Rankine selon plusieurs configurations. Sur l'ensemble des figures, les éléments communs sont repérés par des références numériques identiques.

DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 représente un circuit opérant un cycle thermodynamique de Rankine.

On représente sur cette figure un circuit 1 contenant un fluide de travail, le circuit 1 comprenant : - Une pompe 2, typiquement une pompe adaptée pour délivrer un débit de fluide de travail ce qui établit une pression de 30 bars à son refoulement ; - Un premier échangeur thermique 3 que l'on désignera dans la suite du texte par « évaporateur » ; - Une machine de détente 4 ; - Un second échangeur thermique 5, que l'on désignera dans la suite du texte par « condenseur » ; - Un dispositif de dérivation 6. La pompe 2 alimente l'évaporateur 3 en fluide de travail à l'état liquide sous pression, typiquement de l'ordre de 30 bars.

L'évaporateur 3 est disposé dans un milieu à température élevée, et réalise ainsi un transfert thermique entre ce milieu à température élevée et le fluide de travail de sorte que ce dernier soit vaporisé et passe à l'état gazeux. Le fluide de travail en sortie de l'évaporateur 3 est donc à l'état gazeux et sous pression. Le fluide de travail passe ensuite par la machine de détente 4, dans laquelle se produit une détente. La détente du fluide de travail dans la machine de détente 4 entraine des moyens mobiles tels qu'un arbre mécanique tournant, permettant ainsi de récupérer l'énergie de la détente du fluide de travail. Les moyens mobiles sont avantageusement couplés à des moyens de conversion d'énergie tels qu'une génératrice électrique, de manière à permettre une conversion de l'énergie résultant de la détente en énergie électrique. Les moyens mobiles peuvent également être couplés à l'arbre du moteur à combustion interne, de manière à réinjecter un couple mécanique. Le fluide de travail en sortie de la machine de détente 4 est donc à l'état gazeux, et à pression faible, typiquement de l'ordre de 1 bar.

Le fluide de travail passe ensuite par le condenseur 5, qui est disposé dans un milieu à température faible afin de réaliser un échange thermique entre le fluide de travail et ce milieu à température faible pour abaisser la température du fluide de travail et le ramener à l'état liquide. Le fluide de travail en sortie du condenseur 5 est donc à l'état liquide et à pression faible, de l'ordre de 1 bar. Il est ensuite réinjecté dans le circuit 1 par la pompe 2 et réalise à nouveau le cycle décrit précédemment.

Le circuit 1 présenté comprend en outre un dispositif de dérivation 6 adapté pour permettre de prélever tout ou partie du fluide de travail en amont de la machine de détente 4 et de le réinjecter dans le circuit 1 en aval de la machine de détente 4, réalisant ainsi une fonction de court- circuit de la machine de détente 4. On qualifie communément un tel dispositif selon l'appellation anglaise « bypass ». Le dispositif de dérivation 6 comprend typiquement un limiteur de pression, de manière à ce que la pression du fluide de travail à l'état de vapeur en aval du dispositif de dérivation 6 soit sensiblement identique à la pression du fluide de travail en sortie de la machine de détente 4, par exemple de l'ordre de 1 bar. Un tel dispositif de dérivation 6 est avantageusement utilisé en phase d'initiation du circuit 1 afin de permettre l'établissement des conditions de température et de pression dans le circuit 1 et/ou afin de réaliser une montée en température du carter 17, ou en cas de nécessité de modulation du fonctionnement du circuit 1, par exemple pour adapter le cycle à l'état de la source chaude en cas de puissance trop importante dans le système. La figure 2 présente le circuit 1 décrit précédemment intégré à un 30 véhicule. On représente schématiquement sur cette figure un moteur à combustion interne 7 d'un véhicule, relié à un conduit d'échappement 8 par lequel sont rejetés des gaz d'échappement à température élevée, typiquement de l'ordre de 800°C. Le conduit d'échappement 8 comprend communément des moyens 5 adaptés pour refroidir ces gaz d'échappement de manière à ce qu'ils soient à une température de l'ordre de 50°C à la sortie du conduit d'échappement 8 afin d'éviter tout risque de brûlure pour un utilisateur. Ce refroidissement est par exemple réalisé en modifiant la structure et la longueur du conduit d'échappement afin de favoriser un échange 10 thermique entre les gaz d'échappement et l'air circulant sous le véhicule. L'évaporateur 3 est disposé en amont de tels moyens, dans le conduit d'échappement 8, de manière à permettre un échange thermique entre 15 les gaz d'échappement à température élevée rejetés par le moteur à combustion interne 7 et le fluide de travail du circuit 1. D'autres variantes d'implantation dans un véhicule peuvent être proposées ; l'évaporateur 3 peut par exemple être disposé de manière à 20 capter la chaleur du liquide de refroidissement du moteur, être disposé dans un système de recirculation des gaz d'échappement, ou plus généralement pour capter la chaleur d'une source chaude du véhicule et la transmettre au fluide de travail afin d'assurer sa vaporisation à pression sensiblement constante. 25 Une telle intégration du circuit 1 dans un véhicule permet d'obtenir un rendement global supérieur à celui d'un moteur à combustion conventionnel. 30 La figure 3 présente un exemple de structure de la machine de détente 4 à plateau incliné et pistons à fourreau. Le fluide de travail à l'état gazeux et à pression élevée est amené dans une culasse 9 de la machine de détente 4, puis passe par un dispositif d'admission 10 pour atteindre une zone d'expansion 11. Cette zone d'expansion 11 comprend un cylindre 13 dans lequel est logé un piston 14 muni d'éléments d'étanchéité 15 sur sa périphérie. Le piston tel que représenté est un piston fourreau, communément désigné sous l'appellation anglaise « trunk piston ». Le piston 14 est lié à un plateau incliné 16 lié en rotation à un arbre, de manière à définir un point mort haut et un point mort bas pour le piston en fonction de la rotation de l'arbre et du plateau incliné 16, correspondant respectivement à leur position dans laquelle il est le plus rétracté dans son logement 13, et à la position dans laquelle il est le plus sorti de son logement 13. On définit un volume interne de la zone d'expansion 11, qui varie en fonction de la position du piston 14. Ce volume interne est à sa valeur minimale lorsque le piston 14 est au point mort haut, et à sa valeur maximale lorsque le piston 14 est au point mort bas. Le dispositif d'admission 10 est configuré de manière à ce que le fluide de travail sous pression et à l'état gazeux soit injecté lorsque le piston 14 est sensiblement à son point mort haut. Le volume de la zone d'expansion 11 est alors à son minimum. La détente du fluide de travail à l'état gazeux entraine une augmentation du volume de la zone d'expansion 11 et donc un déplacement du piston 14 ce qui entraine la rotation du plateau incliné 16 jusqu'à ce que le piston 14 atteigne son point mort bas. Une fois le point mort bas atteint, le fluide de travail à l'état gazeux et désormais à faible pression est évacué au moyen de lumières 12 aménagées dans la zone d'expansion 11 et liées à un conduit de refoulement 21, ces lumières 12 n'étant avantageusement accessibles que lorsque le piston 14 est au point mort bas.

Dans le mode de réalisation représenté, le plateau incliné 16 est lié au piston 14 de manière à former un plateau cyclique, communément désigné par l'appellation en langue anglaise « swashplate ». Cette liaison permet de transformer le mouvement de translation alternatif du piston 14 en mouvement de rotation du plateau incliné 16 et donc de l'arbre qui lui est lié. Ce plateau cyclique est disposé dans un carter 17 de la machine de détente 4, comprenant du lubrifiant liquide afin d'assurer la lubrification de la liaison entre le piston 14 et le plateau incliné 16, et également la lubrification de paliers mécaniques permettant la rotation de l'arbre et du plateau incliné 16. On représente sur la figure un volume de lubrifiant liquide disposé dans le fond du carter 17, ce qui permet d'assurer une lubrification continue par barbotage de l'ensemble grâce à la rotation du plateau incliné qui projette du lubrifiant sur les différentes liaisons mécaniques. D'autres types de lubrification au moyen d'un lubrifiant liquide sont envisageables, notamment par circulation d'huile au moyen d'une pompe qui alimente les zones mécaniques à lubrifier ; l'huile tombe ensuite par gravité dans le fond du carter 17 puis est réinjectée par la pompe. Une telle lubrification par circulation permet, de rajouter des filtres, des séparateurs, des échangeurs thermiques (de chauffage et/ou de refroidissement) et tout autre composant de gestion de l'huile sur les canaux de circulation de l'huile.

On comprend bien que l'étanchéité entre le carter 17 dans lequel se trouve le lubrifiant et la zone d'expansion dans laquelle se trouve le fluide de travail étant assurée uniquement par les éléments d'étanchéité 15 disposés sur la périphérie du piston 14, il y a des risques de fuite de la vapeur de fluide de travail dans le carter 17, et inversement des risques de fuite du lubrifiant dans la zone d'expansion 11. Afin de répondre aux problématiques découlant de telles fuites, le carter 17 est muni d'un orifice d'évacuation 18 permettant à de la vapeur de fluide de travail se trouvant dans le carter 17 d'être évacuée hors du carter 17, et évitant ainsi une accumulation de vapeur de fluide de travail et les problèmes qui en découlent évoqués précédemment.

L'orifice d'évacuation 18 peut être formé d'un perçage dans le carter 17, muni ou non d'un moyen anti retour tel qu'un clapet. Comme on le voit sur la figure 3, le carter 17, la zone d'expansion 11 et 5 la culasse 9 ont un bâti 19 commun, avantageusement entouré d'une couche d'isolant 20. Ce bâti commun 19 est à température élevée notamment du fait du fluide de travail à l'état vapeur qui y est injecté, ce qui permet de maintenir le carter 17 à une température suffisante pour que le fluide de 10 travail qui pourrait fuir reste à l'état gazeux et ne se condense pas, assurant ainsi son évacuation par l'orifice d'évacuation 18. On comprend bien que cela concerne le régime établi du circuit 1, et qu'une phase de démarrage ou de transition peut être nécessaire au préalable. On peut avantageusement associer un dispositif de chauffage du bâti 15 commun 19 ou du carter 17 afin de s'assurer que celui-ci est à une température assurant le maintien du fluide de travail à l'état gazeux dans le carter 17. De manière réciproque, afin de répondre aux problématiques résultant 20 d'une fuite de lubrifiant vers la zone d'expansion 11, le conduit de refoulement 21 dans lequel débouchent les lumières 12 de cette dernière est avantageusement équipé de moyens de séparation du fluide de travail et du lubrifiant, par exemple exploitant une différence de densité entre ces deux fluides. 25 La structure présentée propose ainsi non seulement d'éviter d'éventuelles fuites de lubrifiant vers la zone d'expansion 11 ou de fluide de travail vers le carter 17, mais surtout d'évacuer de telles fuites de manière à ce qu'elles n'aient pas d'impact sur la durée de vie ou le 30 fonctionnement du système, en s'assurant que le fluide de travail demeure à l'état gazeux afin de permettre son évacuation et sa séparation du lubrifiant si nécessaire.

On note en outre que d'éventuelles fuites de lubrifiant pourraient permettre d'assurer la lubrification des éléments d'étanchéité 15 du piston 14.

La figure 4 présente un autre exemple de structure de la machine de détente 4 à plateau incliné et pistons à crosse. Vis-à-vis de la variante présentée précédemment sur la figure 3, seule la forme du piston diffère, ce dernier étant ici de type piston à crosse ou plus communément désigné sous la terminologie anglaise « crosshead ». Le piston 14 comprend ici une tête ayant une forme générale de disque d'épaisseur faible, le corps du piston 14 étant une tige au diamètre réduit par rapport au mode de réalisation précédent dans lequel le piston 14 avait une épaisseur sensiblement constante sur toute sa longueur.

Cette configuration crée une zone tampon 22 séparée de la zone d'expansion 11 par la tête du piston 14. Les figures 5 à 8 présentent schématiquement le circuit 1 et illustrent plusieurs configurations de la machine de détente 4. La zone d'expansion 11 et le carter 17 présentés précédemment sont ici 20 représentés schématiquement comme deux sous-ensembles de la machine de détente 4. La figure 5 présente une configuration du circuit 1 dans laquelle un système de séparation 23 du lubrifiant et du fluide de travail est disposé 25 au niveau d'une canalisation 24 liée à l'orifice d'évacuation 18 du carter 17. Comme indiqué précédemment, la vapeur de fluide de travail ayant pénétré dans le carter 17 s'échappe par cet orifice 18, et peut entrainer avec elle des gouttes de lubrifiant. Le système de séparation 23 permet de séparer le lubrifiant du fluide de 30 travail ; le lubrifiant est ainsi réinjecté dans le carter 17 au moyen d'un conduit de retour 25, tandis que le fluide de travail est réinjecté dans le circuit 1 en aval de la machine de détente 4 et en amont du condenseur 5.

La figure 6 présente une autre variante du circuit 1 dans laquelle la canalisation 24 liée à l'orifice d'évacuation 18 du carter 17 est reliée au conduit de refoulement 21 en amont du système de séparation 23 ; qui peut alors traiter les fuites en provenance de la zone d'expansion 11 et du carter 17. Le lubrifiant est ici aussi réinjecté dans le carter 17, et le fluide de travail est réinjecté vers le condenseur 5. On peut ici utiliser un système de séparation 23 utilisant une différence de densité entre le lubrifiant et le fluide de travail.

La figure 7 présente une variante de la figure 5, dans laquelle le système de séparation 23 présenté précédemment est remplacé par un système d'extraction de vapeur 26, réalisant ainsi une extraction active de la vapeur de fluide de travail ayant pénétré dans le carter 17.

Le système d'extraction 26 de vapeur peut être couplé à un système de séparation 23 tel que présenté précédemment, disposé en amont ou en aval du système d'extraction de vapeur 26 si ce dernier ne permet pas de réaliser une séparation à lui seul. Un tel système d'extraction de vapeur 26 permet notamment d'abaisser la pression dans le carter 17, améliorant ainsi l'extraction de la vapeur de fluide de travail. La figure 8 présente une variante du mode de réalisation présenté sur la figure 6, dans laquelle le dispositif de dérivation 6 est relié à l'enceinte 25 17, typiquement au moyen de conduits formant un échangeur thermique. Cette variante permet de réaliser une montée en température du carter 17 lors du démarrage du système en faisant circuler de la vapeur à température élevée dans le dispositif de dérivation, ou d'assurer le 30 maintien du carter 17 à une température minimale en fonctionnement afin d'assurer que le fluide de travail qui pénètre dans le carter 17 demeure à l'état gazeux.

Ce chauffage du carter 17 permet de chauffer le lubrifiant, et ainsi de s'assurer de ses propriétés. Le fluide de travail est typiquement de l'eau, un alcool, un mélange 5 d'eau et d'alcool ou un mélange d'eau et d'ammoniac. Le lubrifiant est typiquement de l'huile, additivée ou non, ou un liquide ionique, et présente tout ou partie des propriétés suivantes : - une densité supérieure à 1 ; 10 - une viscosité cinématique appropriée sur une plage de température large, typiquement entre 50 et 400mm2/s à 40°C et entre 5 et 50mm2/s à 100°C ; - un indice de viscosité supérieur à 100 ; - il n'est pas inflammable ; 15 - une stabilité à l'état liquide jusqu'à une température égale à 150°C ou supérieure à 150°C ; - une stabilité à haute température jusqu'à 350°C, ou se décomposant à haute température sans créer de dépôts ou de substances nuisibles au bon fonctionnement du système ; 20 - une volatilité réduite, par exemple conduisant à des pertes par évaporation de moins de 1% en masse en 22 heures à 100°C ; - il est peu ou pas réactif avec le fluide de travail choisi ; - dans le cas où le fluide de travail et le lubrifiant sont miscibles, la viscosité du lubrifiant doit être dans les valeurs cibles jusqu'à une 25 teneur en fluide de travail de 40% en masse. Le lubrifiant comprend typiquement une huile de type perfluoropolyéther (PFPE), ce qui permet notamment d'assurer l'intégrité du lubrifiant, y compris à haute température. Ce type de lubrifiant présente une bonne tenue à la température jusqu'à 30 plus de 350°C, possède une viscosité appropriée jusqu'à 260°C, possède une densité de 1.9, est ininflammable, s'évapore peu, ne forme pas de dépôts lors de sa décomposition à hautes températures mais des produits volatils qui peuvent être extraits du circuit, est inerte vis-à-vis des composés chimiques communs, et est compatible avec les métaux et plastiques usuels. Malgré la non miscibilité d'une telle huile avec de l'eau, une huile de type perfluoropolyéther ne produit pas d'émulsion, ce qui a été vérifié par un test ASTM 1401 auquel une huile de type perfluoropolyéther obtient un résultat de 40/40/0 (1). Le lubrifiant comprend typiquement du polyalkylène glycol (PAG) miscible ou non avec le fluide de travail. Un tel lubrifiant possède des composés de décomposition à haute température qui sont solubles dans les liquides polaires tels que l'eau. Enfin sa décomposition ultime produit de l'eau et du dioxyde de carbone qui n'ont pas d'impact néfaste sur le système. Un lubrifiant de type polyalkylène glycol miscible à l'eau peut présenter une viscosité sensiblement inchangée jusqu'à une teneur en eau de l'ordre de 40%. Le lubrifiant comprend typiquement des additifs anti-émulsion et/ou anti-oxydation.

Le plateau incliné est avantageusement revêtu d'un revêtement tribologique visant à augmenter la durée de vie du système et/ou à diminuer les frottements. Ledit revêtement est par exemple une couche de carbone amorphe connue sous l'appellation DLC (Diamond-Like Carbon).

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Système de conversion d'énergie thermique issue d'un moteur à combustion (7), comprenant un circuit (1) fermé de circulation d'un fluide de travail, comprenant successivement un premier échangeur thermique (3) disposé au contact d'une source chaude (8) du moteur à combustion (7), une machine de détente (4), un second échangeur thermique (5) disposé au contact d'une source froide, et une pompe (2) réalisant la circulation du fluide de travail dans ledit circuit (1), ladite machine de détente (4) étant adaptée pour, lors de la détente du fluide suite à son évaporation dans le premier échangeur thermique (3) et à son maintien sous pression par la pompe (2), entrainer en mouvement un élément mobile (14) par l'intermédiaire d'une liaison mécanique disposée dans un carter (17) et lubrifiée par un lubrifiant à l'état liquide, caractérisé en ce que ledit carter (17) est configuré de manière à ce que en régime établi, les conditions de température et de pression dans le carter (17) soient telles que le fluide de travail se trouvant dans le carter (17) soit à l'état gazeux et telles que le lubrifiant soit à l'état liquide.
2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel ledit carter (17) comprend un orifice d'évacuation (18) de la vapeur du fluide de travail.
3. 3. Système selon la revendication 2, comprenant en outre des moyens de séparation (23, 26) entre la vapeur du fluide de travail et le lubrifiant de la liaison mécanique lubrifiée en aval de l'orifice d'évacuation de la vapeur (18).
4. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre un dispositif de dérivation (6) de la machine de détente (4) adapté pour sélectivement entrainer le fluide de travail au travers de la machine de détente (4) ou au travers dudit dispositif dedérivation (6) ou pour répartir le flux de fluide de travail entre le dispositif de dérivation (6) et la machine de détente (4), ledit dispositif de dérivation (6) étant relié audit carter (17) de manière à permettre une élévation de la température du carter (17).
5. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel ladite liaison mécanique est lubrifiée au moyen d'un lubrifiant choisi parmi la liste suivante : - une huile de type perfluoropolyether ; - une huile de type polyalkylène glycol, typiquement miscible ou non miscible avec le fluide de travail.
6. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le fluide de travail est choisi parmi la liste suivante : - le fluide de travail est de l'eau, - le fluide de travail contient un alcool, - le fluide de travail contient de l'ammoniac, - le fluide de travail est un fluide de type hydrofluorocarbure, ou - le fluide de travail est un fluide de type hydrofluoroléfine. 20
7. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la lubrification de la liaison mécanique est réalisée par un circuit d'huile pressurisée, comprenant au moins un échangeur thermique assurant une régulation de la température de l'huile dans ledit circuit. 25
8. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, comprenant en outre des moyens de pompage (26) configurés pour extraire la vapeur de fluide de travail du carter (17) afin de le maintenir à une pression inférieure ou égale à la pression de saturation du fluide de travail à la 30 température du carter (17).
9. 9. Véhicule comprenant un moteur thermique (7) et un système de conversion d'énergie thermique selon l'une des revendications 1 à 8, lepremier échangeur thermique (3) étant disposé de manière à convertir l'énergie thermique issue du moteur thermique (7) du véhicule.
10. 10. Procédé de conversion d'énergie thermique issue d'un moteur à 5 combustion, le procédé comprenant les étapes consistant à : - faire circuler un fluide de travail sous pression dans un circuit fermé, - vaporiser le fluide de travail sous pression par échange thermique avec le moteur thermique, - réaliser une détente du fluide de travail dans une machine de détente 10 (4), la détente entrainant en déplacement un élément mobile de la machine de détente (4), ledit élément mobile étant lié à une liaison mécanique lubrifiée située dans un carter (17), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'en fonctionnement, les conditions de température et de pression dans le carter (17) soient 15 telles que le fluide de travail se trouvant dans le carter (17) soit à l'état gazeux. 20