FR3063311B1

FR3063311B1 - REGENERATIVE COOLING SYSTEM

Info

Publication number: FR3063311B1
Application number: FR1751571A
Authority: FR
Inventors: Vianney Rabhi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-07-19
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: EP3585993B1; AU2018225327B2; KR20190116275A; CA3053015A1; ES2874807T3; WO2018154214A1; CN110234863B; JP7065106B2; EP3585993A1; CN110234863A; AU2018225327A1; JP2020509282A; KR102525744B1; FR3063311A1

Abstract

Le système de refroidissement régénératif (100) est prévu pour un moteur thermique à régénération (1) et comprend une enceinte de refroidissement (79) qui enveloppe un détendeur de gaz (78) tout en laissant un espace de circulation des gaz (80) entre ladite enceinte (79) et ledit détendeur (78), un gaz travaillant (81) expulsé du détendeur de gaz (78) circulant dans ledit espace (80) avant de retourner à un échangeur thermique de régénération (5) pour y être refroidi, une grande partie de la chaleur dudit gaz (81) étant réintroduite dans le cycle thermodynamique du moteur thermique à régénération (1).The regenerative cooling system (100) is provided for a regenerative heat engine (1) and comprises a cooling chamber (79) which surrounds a gas expander (78) while leaving a gas circulation space (80) between said enclosure (79) and said expander (78), a working gas (81) expelled from the gas expander (78) flowing in said space (80) before returning to a regeneration heat exchanger (5) for cooling therein, a large part of the heat of said gas (81) being reintroduced into the thermodynamic cycle of the regenerative heat engine (1).

Description

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT REGENERATIFREGENERATIVE COOLING SYSTEM

La présente invention est relative à un système de refroidissement régénératif qui constitue entre-autres un perfectionnement du moteur thermique à transfert-détente et régénération ayant fait l’objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 du 25 février 2015 appartenant au demandeur, et du brevet publié le 1er septembre 2016 sous le N° US 2016/0252048 A1 qui appartient également au demandeur.The present invention relates to a regenerative cooling system which constitutes, among other things, an improvement of the transfer-expansion and regeneration heat engine which was the subject of the patent application No. FR 51593 of 25 February 2015 belonging to the applicant, and the patent published on September 1, 2016 under US No. 2016/0252048 A1 which also belongs to the applicant.

On connaît le cycle de Brayton à régénération ordinairement mis en œuvre au moyen de compresseurs centrifuges et de turbines.The regeneration Brayton cycle ordinarily used by means of centrifugal compressors and turbines is known.

Suivant ce mode de mise en œuvre, ledit cycle conduit à des moteurs qui délivrent un rendement sensiblement supérieur à celui des moteurs à allumage commandé. Ledit rendement est comparable à celui des moteurs Diesel rapides. Il reste toutefois inférieur à celui des moteurs Diesel deux-temps lents de très grosse cylindrée trouvés par exemple dans la propulsion navale ou la production stationnaire d’électricité.According to this mode of implementation, said cycle leads to engines which deliver a significantly higher efficiency than that of spark ignition engines. This yield is comparable to that of fast diesel engines. However, it remains inferior to that of two-stroke very slow displacement diesel engines found for example in naval propulsion or stationary electricity production.

Outre un rendement somme toute modeste, les moteurs à compresseurs centrifuges et turbines à cycle de Brayton à régénération délivrent leur meilleur rendement sur une plage de puissance et de régime de rotation relativement étroite. De plus, leur temps de réponse en modulation de puissance est long. Leur champ d’application est à ces divers titres limité et ils sont difficilement adaptables au transport terrestre et particulièrement, à l’automobile et au poids-lourds.In addition to a modest return, regenerative Brayton cycle centrifugal and turbine engines deliver their best performance over a relatively narrow power and speed range. In addition, their response time in power modulation is long. Their field of application is in these various limited ways and they are difficult to adapt to land transport and particularly, to the automobile and heavy goods vehicles.

Le moteur à thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 a été prévu pour palier à ces défauts. Ledit moteur présente la particularité de mettre en œuvre le cycle de Brayton régénéré non plus au moyen de compresseurs centrifuges et de turbines, mais au moyen de machines volumétriques ou pour le moins, au moyen d’un détendeur volumétrique constitué autour d’un « cylindre détendeur ».The thermal transfer-expansion and regeneration engine object of the patent application No. FR 51593 was provided to overcome these defects. Said engine has the particularity of implementing the regenerated Brayton cycle no longer by means of centrifugal compressors and turbines, but by means of volumetric machines or at the very least, by means of a volumetric expansion device constituted around a "cylinder regulator ".

Sur les figures de la demande de brevet N° FR 15 51593, on voit que chaque extrémité dudit cylindre détendeur est fermée par une culasse de cylindre détendeur. En outre, ledit cylindre héberge un piston détendeur à double effet pour former deux chambres de transvasement-détente de volume variable. Ledit piston peut se déplacer dans le cylindre détendeur pour transmettre un travail à un arbre de sortie de puissance via une bielle et un vilebrequin connus en soi.In the figures of patent application No. FR 51593, it can be seen that each end of said expansion cylinder is closed by a cylinder head of a pressure reducer cylinder. In addition, said cylinder houses a double-acting expansion piston to form two transfer-expansion chambers of variable volume. Said piston can move in the expander cylinder to transmit a work to a power output shaft via a rod and a crankshaft known per se.

Parmi les avantages revendiqués par l’invention objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 on note un rendement de conversion de la chaleur en travail très supérieur à celui des moteurs à combustion interne alternatifs conventionnels quel qu’en soit le principe ce qui conduit, à même travail fourni, à une consommation de carburant plus basse que celle desdits moteurs conventionnels et à des émissions de dioxyde de carbone associées également plus basses.Among the advantages claimed by the invention which is the subject of the patent application No. FR 51593, a heat conversion efficiency in work much higher than that of conventional reciprocating internal combustion engines, whatever the principle, is observed. driven, at the same job provided, to a lower fuel consumption than that of said conventional engines and associated carbon dioxide emissions also lower.

Pour que ces objectifs puissent être atteints, comme l’expose clairement la demande de brevet FR 15 51593, au moins trois conditions doivent être réunies.In order for these objectives to be attained, as is clearly stated in patent application FR 51593, at least three conditions must be met.

La première est que le détendeur volumétrique soit effectivement constitué d’un cylindre, ce que n’enseigne pas l’état de l’art faisant état de machines apparentées. A titre d’exemple, le brevet US 2003/228237 A1 du 11 décembre 2003 comprend bien un compresseur, un échangeur thermique de régénération, une source de chaleur et un détendeur, toutefois, ce dernier n’est pas un cylindre mais ce que les inventeurs auteurs dudit brevet ont appelé un « gerotor ».The first is that the volumetric expansion valve is actually constituted by a cylinder, which does not teach the state of the art mentioning related machines. For example, US Patent 2003/228237 A1 of December 11, 2003 includes a compressor, a heat exchanger regeneration, a heat source and a pressure reducer, however, the latter is not a cylinder but what the inventors of the said patent called a "gerotor".

La deuxième condition est que l’entrée et la sortie des gaz dans le cylindre détendeur soient réglées par des soupapes doseuses d’admission et d’échappement dûment phasées, ce qui conduit au diagramme « pression / volume » auquel est consacrée une figure dans la demande de brevet N° FR 15 51593.The second condition is that the inlet and the outlet of the gases in the regulating cylinder are regulated by duly phased intake and exhaust metering valves, which leads to the "pressure / volume" diagram which is dedicated to a figure in the Patent Application No. FR 51593.

La troisième condition est que le dispositif d’étanchéité entre le piston et le cylindre puisse opérer à très haute température.The third condition is that the sealing device between the piston and the cylinder can operate at a very high temperature.

On note que le moteur à thermique à transfert-détente et régénération décrit dans la demande de brevet N° FR 15 51593 répond à cette troisième condition en exposant un segment à coussin d’air innovant constitué d’un anneau continu perforé gonflable et expansible logé dans une gorge d’anneau aménagée dans le piston détendeur. Ledit anneau définit avec ladite gorge une chambre de répartition de pression raccordée à une source de fluide sous pression.It should be noted that the transfer-expansion-regeneration thermal motor described in patent application No. FR 51593 fulfills this third condition by exposing an innovative air-cushion segment consisting of an inflatable and expandable perforated continuous ring housed in a ring groove formed in the piston regulator. Said ring defines with said groove a pressure distribution chamber connected to a source of fluid under pressure.

Ce dispositif d’étanchéité nouveau et sans contact direct avec le cylindre détendeur rend possible le fonctionnement à haute température dudit cylindre, cependant que les soupapes doseuses d’admission et d’échappement que comportent les culasses qui ferment ledit cylindre permettent de maximiser le rendement du moteur à thermique à transfert-détente et régénération.This new sealing device and without direct contact with the expander cylinder makes it possible to operate at high temperature of said cylinder, while the intake and exhaust metering valves that comprise the yokes which close said cylinder can maximize the efficiency of the cylinder. thermal engine with transfer-relaxation and regeneration.

Volontairement, le dispositif d’étanchéité innovant basé sur un segment à coussin d’air a été placé dans la demande de brevet N° FR 15 51593 en revendication dépendante de la revendication principale. On comprend aisément qu’en présentant ainsi son invention, l’inventeur n’a pas exclu que d’autres solutions d’étanchéité puissent se substituer audit segment, même si ce dernier est présenté dans ladite demande de brevet comme un élément-clé du moteur thermique à transfert-détente et régénération.Voluntarily, the innovative sealing device based on an air cushion segment has been placed in the patent application No. FR 51593 in claim dependent on the main claim. It is easy to understand that, in thus presenting his invention, the inventor has not ruled out the possibility of other sealing solutions being substituted for said segment, even though this segment is presented in said patent application as a key element of the invention. thermal engine with transfer-relaxation and regeneration.

Comme cela est clairement exposé dans la demande de brevet FR 15 51593, pour que le rendement du moteur à thermique à transfert-détente et régénération soit le plus élevé possible, les parois interne du cylindre détendeur doivent être portées à haute température de sorte que les gaz chauds introduits dans ledit cylindre ne se refroidissent pas au contact desdites parois, ou du moins, soient refroidis le moins possible par lesdites parois. Ceci vaut au moins pour les parois internes du cylindre détendeur proprement dit, et pour celles des culasses avec lesquelles coopère ledit cylindre.As is clearly stated in patent application FR 51593, in order for the efficiency of the transfer-expansion-regeneration thermal motor to be as high as possible, the inner walls of the expander cylinder must be brought to a high temperature so that the hot gases introduced into said cylinder do not cool in contact with said walls, or at least be cooled as little as possible by said walls. This applies at least to the inner walls of the regulator cylinder proper, and those of the cylinder heads with which said cylinder cooperates.

Conformément au principe de la thermodynamique des moteurs énoncé par Sadi Carnot, la demande de brevet FR 15 51593 suggère que le rendement du moteur à thermique à transfert-détente et régénération est d’autant plus élevé que la température des gaz introduits dans le cylindre détendeur est élevée. C’est pourquoi la demande de brevet FR 15 51593 prévoit que le cylindre détendeur, les culasses du cylindre détendeur et le piston détendeur du moteur à thermique à transfert-détente et régénération peuvent être réalisés dans des matériaux résistants aux très hautes températures comme des céramiques à base d’alumine, de zircone ou de carbure de silicium.In accordance with Sadi Carnot's principle of engine thermodynamics, patent application FR 15 51593 suggests that the efficiency of the thermal transfer-expansion and regeneration engine is higher the higher the temperature of the gases introduced into the regulator cylinder. is high. This is why the patent application FR 15 51593 provides that the expander cylinder, the cylinder heads of the expander cylinder and the expansion piston of the transfer-expansion and regeneration thermal motor can be made of materials resistant to very high temperatures such as ceramics based on alumina, zirconia or silicon carbide.

Les parties chaudes et les composants à haute température du moteur à thermique à transfert-détente et régénération ont d’ailleurs fait l’objet de brevets de perfectionnements dudit moteur. A ce titre, on peut citer la demande de brevet N° FR 15 58585 du 14 septembre 2015 appartenant au demandeur qui traite d’un cylindre détendeur à double effet à support adaptatif, ledit cylindre pouvant opérer à haute température et être soumis à des dilatations thermiques différentes de celles du carter de transmission sur lequel il est fixé. Dans le même registre, on note également la demande de brevet N° FR 15 58593 du 14 septembre 2015 appartenant également au demandeur et qui a pour objet un piston à double effet constitué d’un assemblage précontraint, et pouvant opérer à haute température.The hot parts and high temperature components of the transfer-expansion-regeneration thermal engine have also been the subject of patents for improvements in said engine. As such, there may be mentioned the patent application No. FR 58585 of September 14, 2015 belonging to the applicant which deals with a double-acting cylinder with adaptive support, said cylinder being able to operate at high temperature and be subjected to dilations different from those of the transmission case to which it is attached. In the same register, there is also the patent application No. FR 58593 of September 14, 2015 also belonging to the applicant and which relates to a double-acting piston consisting of a prestressed assembly, and can operate at high temperature.

On remarque que les demandes de brevet N° FR 15 58585 et N° FR 15 58593 qui viennent d’être citées proposent des solutions d’une grande robustesse pour traiter de la cohabitation sur un même appareil de pièces portées à haute température et de pièces portées basses températures.It should be noted that the patent applications Nos. FR 58585 and No. 15 58593 which have just been cited propose solutions of great robustness for dealing with the coexistence on the same apparatus of parts carried at high temperature and of parts. low temperature ranges.

Notamment, les configurations proposées dans lesdits brevets évitent dans de larges proportions que la chaleur ne migre depuis les pièces chaudes vers les pièces froides avec lesquelles elles coopèrent. Ceci préserve au moteur à thermique à transfert-détente et régénération un rendement élevé.In particular, the configurations proposed in said patents largely prevent the heat from migrating from the hot parts to the cold parts with which they cooperate. This preserves the thermal engine transfer-relaxation and regeneration high efficiency.

En revanche, les perfectionnements exposés dans les demandes de brevet N° FR 15 58585 et N° FR 15 58593 ne changent rien au fait que si la température des gaz introduits dans le cylindre détendeur dudit moteur est par exemple de mille trois cent degrés Celsius, la température des parois internes dudit cylindre sera localement voisine de mille trois cent degrés Celsius, avec une température moyenne desdites parois avoisinant par exemple les mille degrés Celsius.On the other hand, the improvements described in the patent applications No. FR 58585 and No. FR 58593 do not change the fact that if the temperature of the gases introduced into the expander cylinder of said engine is, for example, one thousand three hundred degrees Celsius, the temperature of the internal walls of said cylinder will be locally close to one thousand three hundred degrees Celsius, with an average temperature of said walls approaching, for example, one thousand degrees Celsius.

La température desdits gaz détermine donc directement la température à laquelle doivent résister les matériaux constitutifs des parties chaudes du cylindre détendeur du moteur à thermique à transfert-détente et régénération. Ainsi, indirectement, la résistance à la température desdits matériaux détermine le rendement maximal accessible par ledit moteur.The temperature of said gases thus directly determines the temperature at which the materials constituting the hot parts of the expander cylinder of the thermal transfer-expansion-regeneration motor must resist. Thus, indirectly, the temperature resistance of said materials determines the maximum efficiency accessible by said engine.

On remarque d’ailleurs que les matériaux pouvant résister aux très hautes températures dont il est question sont relativement peu nombreux dans la mesure où ils doivent en outre offrir une résistance mécanique élevée à ces mêmes dites températures, en plus d’être résistants à la corrosion et à l’oxydation.It should also be noted that the materials that can withstand the very high temperatures in question are relatively few in that they must also offer a high mechanical resistance to these same temperatures, in addition to being resistant to corrosion. and oxidation.

Lesdits matériaux sont principalement des céramiques telles que l’alumine, le zircone, le carbure de silicium ou le nitrure de silicium. Ces matériaux sont durs et difficiles à usiner. En conséquence, le prix de revient des pièces finies est relativement élevé ce qui est un frein à l’adoption par l’industrie automobile du moteur à thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593. En effet, ladite industrie s’adressant au marché de masse, elle présente une grande sensibilité au prix de revient en fabrication lequel doit rester le plus faible possible. L’idéal serait donc que les parois internes du cylindre détendeur dudit moteur restent maintenues à une température maximale de par exemple sept à neuf cents degrés Celsius. En effet, à de telles températures, des matériaux plus courants et moins chers à produire et à usiner que les céramiques tels que les fontes ou les aciers inoxydables ou réfractaires peuvent être utilisés pour fabriquer ledit cylindre détendeur. Ceci vaut aussi pour les culasses et leurs plénums et conduits respectifs qui coopèrent avec ledit cylindre.Said materials are mainly ceramics such as alumina, zirconia, silicon carbide or silicon nitride. These materials are hard and difficult to machine. As a result, the cost price of the finished parts is relatively high, which is a brake on the adoption by the automotive industry of the thermal transfer-expansion and regeneration engine that is the subject of the patent application FR 15 51593. Indeed, Since this industry is aimed at the mass market, it has a high sensitivity to manufacturing costs, which must remain as low as possible. Ideally, the inner walls of the expansion cylinder of said engine should remain at a maximum temperature of, for example, seven to nine hundred degrees Celsius. Indeed, at such temperatures, materials more common and cheaper to produce and machine than ceramics such as cast iron or stainless or refractory steels can be used to manufacture said expander cylinder. This also applies to the yokes and their respective plenums and ducts which cooperate with said cylinder.

Toutefois, il est impératif d’une part, d’éviter de baisser la température des gaz chauds admis dans le cylindre détendeur du moteur thermique à transfert-détente et régénération et d’autre part, de laisser s’échapper en pure perte la chaleur desdits gaz au travers de parois plus froides dudit cylindre au contact desquelles sont mis lesdits gaz. En effet, ces deux actions auraient pour conséquence dommageable de réduire significativement le rendement final du moteur thermique à transfert-détente et régénération.However, it is imperative, on the one hand, to avoid lowering the temperature of the hot gases admitted to the expansion cylinder of the transfer-expansion and regeneration thermal engine and, on the other hand, to let the heat escape without loss. said gases through colder walls of said cylinder in contact with which said gases are put. Indeed, these two actions would have the detrimental consequence of significantly reducing the final efficiency of the heat engine with transfer-relaxation and regeneration.

En l’état actuel de l’art et de la technique, on comprend donc qu’il faut choisir entre un moteur thermique à transfert-détente et régénération à très haut rendement mais onéreux et complexe à produire, et un moteur relevant du même principe mais recourant à des matériaux peu cher à produire, et ceci au prix d’un gros sacrifice en rendement, ce dernier étant significativement réduit. Ceci constitue un dilemme. C’est pour sortir dudit dilemme que le système de refroidissement régénératif selon l’invention permet, selon un mode particulier de réalisation : • De réduire significativement la température des parois internes du cylindre détendeur et de ses culasses du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593, ceci permettant de recourir à des matériaux à faible prix de revient pour fabriquer ledit cylindre et lesdites culasses sans réduire de façon significative le rendement total dudit moteur thermique ; • D’autoriser une température d’entrée des gaz dans le cylindre détendeur supérieure à celle que pourraient supporter - en l’absence du système de refroidissement régénératif selon l’invention - des matériaux chers et complexes comme les céramiques ; • De conférer au moteur à thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593 un rendement énergétique final supérieur à celui accessible au même dit moteur avec des matériaux chers et complexes comme les céramiques, avec des matériaux à faible prix de revient.In the current state of art and technology, it is therefore understandable to choose between a thermal engine transfer-trigger and regeneration very high yield but expensive and complex to produce, and a motor of the same principle but resorting to inexpensive materials to produce, and this at the cost of a large sacrifice in yield, the latter being significantly reduced. This is a dilemma. It is to overcome this dilemma that the regenerative cooling system according to the invention makes it possible, according to a particular embodiment, to: • significantly reduce the temperature of the internal walls of the expansion cylinder and its cylinder heads of the transfer-expansion heat engine and regeneration object of FR 51593, this allowing to use low cost materials to manufacture said cylinder and said cylinder heads without significantly reducing the total efficiency of said engine; • Allow a gas inlet temperature in the expansion cylinder higher than that could withstand - in the absence of the regenerative cooling system according to the invention - expensive and complex materials such as ceramics; • To give the transfer-expansion and regeneration thermal engine subject of the patent application FR 15 51593 a final energy efficiency greater than that accessible to the same engine with expensive and complex materials such as ceramics, with materials at low prices of return.

Il est entendu que le système de refroidissement régénératif selon l’invention s’adresse principalement au moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet FR 15 51593 appartenant au demandeur.It is understood that the regenerative cooling system according to the invention is mainly intended for the transfer-expansion and regeneration thermal engine that is the subject of the patent application FR 15 51593 belonging to the applicant.

Toutefois, ledit système peut aussi s’appliquer sans restriction au détendeur de tout autre moteur à cycle de Brayton à régénération, que ledit détendeur soit de type centrifuge, volumétrique ou de quelque autre type, et pourvu qu’il coopère avec un régénérateur de quelque type que ce soit.However, said system may also be applied without restriction to the expander of any other regenerative Brayton cycle engine, whether said expander is of the centrifugal, volumetric or other type, and provided that it cooperates with a regenerator of any kind. type whatever.

Les autres caractéristiques de la présente invention ont été décrites dans la description et dans les revendications secondaires dépendantes directement ou indirectement de la revendication principale.The other features of the present invention have been described in the description and in the dependent claims directly or indirectly dependent on the main claim.

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention est prévu pour un moteur thermique à régénération, ce dernier comprenant au moins un échangeur thermique de régénération qui présente un conduit haute-pression de régénération dans lequel circule pour y être préchauffé un gaz travaillant qui a été préalablement comprimé par un compresseur, tandis qu’au sortir dudit conduit ledit gaz est surchauffé par une source de chaleur avant d’être introduit dans un détendeur de gaz dans lequel il est détendu pour produire un travail sur un arbre de sortie de puissance, ledit gaz étant ensuite expulsé en sortie du détendeur de gaz puis introduit dans un conduit basse-pression de régénération que présente l’échangeur thermique de régénération, ledit gaz - en circulant dans ledit conduit - cédant une grande partie de sa chaleur résiduelle au gaz travaillant circulant dans le conduit haute-pression de régénération, ledit système comprenant : • Au moins une enceinte de refroidissement qui enveloppe en tout ou partie le détendeur de gaz et/ou la source de chaleur et/ou un conduit d’admission des gaz chauds qui relie ladite source audit détendeur, tandis qu’est laissé un espace de circulation des gaz entre ladite enceinte d’une part, et/ou ledit détendeur et/ou ladite source et/ou ledit conduit d’autre part ; • Au moins un port d’entrée d’enceinte qui est directement ou indirectement relié à la sortie du détendeur de gaz et par lequel tout ou partie du gaz travaillant expulsé dudit détendeur via ladite sortie peut pénétrer dans l’espace de circulation des gaz ; • Au moins un port de sortie d’enceinte qui est directement ou indirectement relié au conduit basse-pression de régénération et via lequel le gaz travaillant peut sortir de l’espace de circulation des gaz avant d’être introduit dans ledit conduit basse-pression.The regenerative cooling system according to the present invention is provided for a regenerative heat engine, the latter comprising at least one regeneration heat exchanger which has a high-pressure regeneration pipe in which circulates to be preheated a working gas which has been previously compressed by a compressor, while at the output of said conduit said gas is superheated by a heat source before being introduced into a gas expander in which it is expanded to produce a work on a power output shaft, said the gas is then expelled at the outlet of the gas expander and then introduced into a regeneration low-pressure pipe which the regeneration heat exchanger has, said gas - flowing in said duct - yielding a large part of its residual heat to the circulating working gas in the high-pressure regeneration conduit, said system comprising: • at least one cooling chamber which wholly or partly envelops the gas expander and / or the heat source and / or a hot gas inlet duct which connects said source to said expander, while a gas circulation space between said enclosure on the one hand, and / or said expander and / or said source and / or said duct on the other hand; At least one enclosure input port which is directly or indirectly connected to the outlet of the gas expander and by which all or part of the working gas expelled from said expander via said outlet can enter the gas circulation space; At least one enclosure output port which is directly or indirectly connected to the regeneration low-pressure conduit and through which the working gas can exit the gas circulation space before being introduced into said low-pressure conduit; .

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un port d’entrée d’enceinte qui est relié à la sortie du détendeur de gaz par un conduit d’entrée d’enceinte dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit.The regenerative cooling system according to the present invention comprises an enclosure inlet port which is connected to the outlet of the gas expander through an enclosure inlet conduit whose effective section is controlled by a flow control valve. .

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un port de sortie d’enceinte qui est relié au conduit basse-pression de régénération par un conduit de sortie d’enceinte dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit.The regenerative cooling system according to the present invention comprises an enclosure output port which is connected to the low-pressure regeneration conduit through an enclosure output conduit whose effective section is controlled by a flow control valve.

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend une sortie du détendeur de gaz qui est reliée au conduit basse-pression de régénération par un conduit de contournement d’enceinte.The regenerative cooling system according to the present invention comprises an outlet of the gas expander which is connected to the low-pressure regeneration duct by an enclosure bypass duct.

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend une section effective du conduit de contournement d’enceinte qui est réglée par une vanne de réglage de débit.The regenerative cooling system according to the present invention comprises an effective section of the enclosure bypass duct which is regulated by a flow control valve.

Le système de refroidissement régénératif suivant la présente invention comprend un extérieur de l’enceinte de refroidissement qui est revêtu d’un écran thermique.The regenerative cooling system according to the present invention comprises an outside of the cooling chamber which is coated with a heat shield.

La description qui va suivre en regard du dessin annexé et donné à titre d’exemple non limitatif permettra de mieux comprendre l’invention, les caractéristiques qu’elle présente, et les avantages qu’elle est susceptible de procurer :The following description with reference to the appended drawing and given by way of non-limiting example will make it possible to better understand the invention, the characteristics it presents, and the advantages it is likely to provide:

Figure 1 est une représentation schématique en vue latérale du système de refroidissement régénératif suivant l’invention tel qu’il peut être mis en œuvre sur le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 appartenant au demandeur, et selon une variante dudit système selon laquelle la sortie du détendeur de gaz est reliée au conduit basse-pression de régénération par un conduit de contournement d’enceinte, tandis que la section effective dudit conduit de contournement et du conduit de sortie d’enceinte est réglée par une vanne de réglage de débit. DESCRIPTION DE L’INVENTION :FIG. 1 is a diagrammatic representation in side view of the regenerative cooling system according to the invention as it can be implemented on the transfer-expansion and regeneration thermal engine which is the subject of the patent application No. FR 51593 belonging to the applicant, and according to a variant of said system according to which the output of the gas expander is connected to the low-pressure regeneration conduit by an enclosure bypass duct, while the effective section of said bypass duct and the outlet duct of enclosure is regulated by a flow control valve. DESCRIPTION OF THE INVENTION

On a montré en figure 1 le système de refroidissement régénératif 100, divers détails de ses composants, ses variantes, et ses accessoires.FIG. 1 shows the regenerative cooling system 100, various details of its components, its variants and its accessories.

Comme le montre ladite figure 1, le système de refroidissement régénératif 100 est prévu pour un moteur thermique à régénération 1, ce dernier comprenant au moins un échangeur thermique de régénération 5 qui présente un conduit haute-pression de régénération 6 dans lequel circule pour y être préchauffé un gaz travaillant 81 qui a été préalablement comprimé par un compresseur 2.As shown in FIG. 1, the regenerative cooling system 100 is provided for a regenerative heat engine 1, the latter comprising at least one regeneration heat exchanger 5 which has a high-pressure regeneration duct 6 in which circulates to be preheated a working gas 81 which has been previously compressed by a compressor 2.

Au sortir du conduit haute-pression de régénération 6, ledit gaz 81 est surchauffé par une source de chaleur 12 avant d’être introduit dans un détendeur de gaz 78 dans lequel il est détendu pour produire un travail sur un arbre de sortie de puissance 17.On leaving the high-pressure regeneration pipe 6, said gas 81 is superheated by a heat source 12 before being introduced into a gas expander 78 in which it is expanded to produce a work on a power output shaft 17 .

Le gaz travaillant 81 est ensuite expulsé en sortie du détendeur de gaz 78 puis introduit dans un conduit basse-pression de régénération 7 que présente l’échangeur thermique de régénération 5, ledit gaz 81 - en circulant dans ledit conduit 7 - cédant une grande partie de sa chaleur résiduelle au gaz travaillant 81 circulant dans le conduit haute-pression de régénération 6. C’est dans ce contexte clairement illustré en figure 1 que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention comprend au moins une enceinte de refroidissement 79 qui enveloppe en tout ou partie le détendeur de gaz 78 et/ou la source de chaleur 12 et/ou un conduit d’admission des gaz chauds 19 qui relie ladite source 12 audit détendeur 78, tandis qu’est laissé un espace de circulation des gaz 80 entre ladite enceinte 79 d’une part, et/ou ledit détendeur 78 et/ou ladite source 12 et/ou ledit conduit 19 d’autre part, le gaz travaillant 81 pouvant circuler dans ledit espace 80.The working gas 81 is then expelled at the outlet of the gas expander 78 and then introduced into a low-pressure regeneration line 7 that the regeneration heat exchanger 5 has, said gas 81 - circulating in said duct 7 - yielding a large part its residual heat to the working gas 81 flowing in the high-pressure regeneration pipe 6. It is in this context clearly illustrated in Figure 1 that the regenerative cooling system 100 according to the invention comprises at least one cooling chamber 79 which wholly or partly enclosing the gas expander 78 and / or the heat source 12 and / or a hot gas inlet duct 19 which connects said source 12 to said expander 78 while a gas circulation space is left; 80 between said enclosure 79 on the one hand, and / or said expander 78 and / or said source 12 and / or said duct 19 on the other hand, the working gas 81 being able to circulate in said space 80.

On note que l’enceinte de refroidissement 79 peut être faite de tôle d’acier inoxydable emboutie ou hydro formée, et être possiblement réalisée en plusieurs parties assemblées entre-elles par soudage, vissage, ou rivetage, ladite enceinte pouvant ensuite être fixée directement ou indirectement sur les composants 78, 12, 19 qu’elle enveloppe.It is noted that the cooling chamber 79 may be made of pressed or hydrolyzed stainless steel sheet, and may possibly be made of several parts assembled together by welding, screwing, or riveting, said enclosure can then be fixed directly or indirectly on the components 78, 12, 19 it envelopes.

La figure 1 illustre que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention comprend en outre au moins un port d’entrée d’enceinte 82 qui est directement ou indirectement relié à la sortie du détendeur de gaz 78 et par lequel tout ou partie du gaz travaillant 81 expulsé dudit détendeur 78 via ladite sortie peut pénétrer dans l’espace de circulation des gaz 80.FIG. 1 illustrates that the regenerative cooling system 100 according to the invention further comprises at least one enclosure inlet port 82 which is directly or indirectly connected to the outlet of the gas expander 78 and by which all or part of the working gas 81 expelled from said regulator 78 via said outlet can enter the gas circulation space 80.

Toujours en figure 1, on remarque que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention comprend aussi au moins un port de sortie d’enceinte 83 qui est directement ou indirectement relié au conduit basse-pression de régénération 7 et via lequel le gaz travaillant 81 peut sortir de l’espace de circulation des gaz 80 avant d’être introduit dans ledit conduit basse-pression 7.Still in FIG. 1, it will be noted that the regenerative cooling system 100 according to the invention also comprises at least one enclosure output port 83 which is directly or indirectly connected to the low-pressure regeneration duct 7 and via which the working gas 81 can leave the circulation space of the gases 80 before being introduced into said low-pressure conduit 7.

On notera que préférentiellement, l’enceinte de refroidissement 79 enveloppe le détendeur de gaz 78 et/ou la source de chaleur 12 et/ou le conduit d’admission des gaz chauds 19 de manière étanche de sorte que le gaz travaillant 81 ne peut entrer dans l’espace de circulation des gaz 80 que par le port d’entrée d’enceinte 82 cependant que ledit gaz 81 ne peut sortir dudit espace 80 que par le port de sortie d’enceinte 83.It will be noted that, preferably, the cooling enclosure 79 surrounds the gas expander 78 and / or the heat source 12 and / or the hot gas intake duct 19 in a sealed manner so that the working gas 81 can not enter. in the gas circulation space 80 only through the enclosure inlet port 82, whereas said gas 81 can only exit said space 80 through the enclosure output port 83.

Suivant une variante de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention montrée en figure 1, le port d’entrée d’enceinte 82 peut être relié à la sortie du détendeur de gaz 78 par un conduit d’entrée d’enceinte 84 dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit 84. A titre d’autre variante toujours montrée en figure 1, le port de sortie d’enceinte 83 peut être relié au conduit basse-pression de régénération 7 par un conduit de sortie d’enceinte 86 dont la section effective est réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit de sortie d’enceinte 86.According to an alternative embodiment of the regenerative cooling system 100 according to the invention shown in FIG. 1, the enclosure input port 82 may be connected to the output of the gas expander 78 via an enclosure inlet duct 84 whose effective section is regulated by a flow control valve 85, the latter being able - according to its position - to prohibit, let free, or restrict the circulation of the working gas 81 in said conduit 84. As another variant always shown in FIG. 1, the enclosure output port 83 can be connected to the low-pressure regeneration pipe 7 by an enclosure outlet duct 86 whose effective section is regulated by a flow control valve 85, the latter depending on its position, it may be possible to prohibit, leave free, or restrict the circulation of working gas 81 in said enclosure outlet duct 86.

La figure 1 illustre aussi qu’une autre variante du système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention consiste en ce que la sortie du détendeur de gaz 78 peut être reliée au conduit basse-pression de régénération 7 par un conduit de contournement d’enceinte 87 qui permet au gaz travaillant 81 expulsé en sortie du détendeur de gaz 78 d’aller directement de ladite sortie au conduit basse-pression de régénération 7 sans passer par l’espace de circulation des gaz 80.FIG. 1 also illustrates that another variant of the regenerative cooling system 100 according to the invention consists in that the output of the gas expander 78 can be connected to the low-pressure regeneration conduit 7 by a conduit for bypassing the enclosure 87 which allows the working gas 81 expelled at the outlet of the gas expander 78 to go directly from said outlet to the low-pressure regeneration line 7 without passing through the gas circulation space 80.

Selon cette dernière variante, la section effective du conduit de contournement d’enceinte 87 peut éventuellement être réglée par une vanne de réglage de débit 85, cette dernière pouvant - en fonction de sa position - interdire, laisser libre, ou restreindre la circulation du gaz travaillant 81 dans ledit conduit de contournement 87.According to this latter variant, the effective cross-section of the enclosure bypass duct 87 may optionally be regulated by a flow control valve 85, the latter being able - depending on its position - to prohibit, let free, or restrict the flow of gas working 81 in said bypass duct 87.

En figure 1, on remarque qu’avantageusement l’extérieur de l’enceinte de refroidissement 79 peut être revêtu d’un écran thermique 88 qui peut être constitué de tout matériau calorifuge connu de l’homme de l’art et qui peut - outre l’enceinte de refroidissement 79 -revêtir les divers conduits et organes chauds qui constituent le moteur thermique à régénération 1.In FIG. 1, it is noted that advantageously the outside of the cooling enclosure 79 may be coated with a heat shield 88 which may be made of any heat-insulating material known to those skilled in the art and which may furthermore the cooling chamber 79 -clean the various conduits and hot organs that constitute the regenerative heat engine 1.

On note qu’en ce cas, ledit écran thermique 88 est prévu pour prévenir toute déperdition de chaleur excessive laquelle est défavorable au rendement du moteur thermique à régénération 1. FONCTIONNEMENT DE L’INVENTION :Note that in this case, said heat shield 88 is provided to prevent excessive heat loss which is unfavorable to the efficiency of the regenerative heat engine 1. OPERATION OF THE INVENTION:

Le fonctionnement du système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention se comprend aisément à la vue de la figure 1.The operation of the regenerative cooling system 100 according to the invention is easily understood in the view of FIG.

Pour détailler ledit fonctionnement, nous retiendrons ici l’exemple de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention lorsque le moteur à régénération 1 auquel il s’applique est constitué du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 du 25 février 2015 appartenant au demandeur.To detail said operation, we will retain here the exemplary embodiment of the regenerative cooling system 100 according to the invention when the regeneration motor 1 to which it applies consists of the heat transfer engine-relaxation and regeneration object of the request of patent No. FR 51593 of 25 February 2015 belonging to the applicant.

Comme on le voit sur la figure 1, le moteur à régénération 1 comprend ici un compresseur 2 bi-étagé qui est notamment constitué d’un compresseur basse-pression 35 qui aspire du gaz travaillant 81 dans l’atmosphère via un conduit d’entrée de compresseur 3, la sortie dudit compresseur basse-pression 35 étant reliée à l’entrée d’un compresseur haute-pression 36 via un refroidisseur intermédiaire de compresseur 37.As can be seen in FIG. 1, the regeneration engine 1 here comprises a two-stage compressor 2 which notably consists of a low-pressure compressor 35 which sucks working gas 81 into the atmosphere via an inlet duct compressor 3, the output of said low-pressure compressor 35 being connected to the inlet of a high-pressure compressor 36 via a compressor intercooler 37.

La figure 1 illustre qu’en sortie du compresseur haute-pression 36, le gaz travaillant 81 est expulsé dans le conduit haute-pression de régénération 6 que comprend l’échangeur thermique de régénération 5 qui en l’occurrence est un échangeur thermique à contre-courant 41 connu en soi. On assumera ici l’hypothèse selon laquelle le gaz travaillant 81 est expulsé du compresseur haute-pression 36 sous une pression de vingt bars et à une température de deux-cents degrés Celsius.FIG. 1 illustrates that at the outlet of the high-pressure compressor 36, the working gas 81 is expelled into the high-pressure regeneration pipe 6 that comprises the regeneration heat exchanger 5, which in this case is a heat exchanger -current 41 known in itself. Assume here that the working gas 81 is expelled from the high-pressure compressor 36 under a pressure of twenty bars and at a temperature of two hundred degrees Celsius.

En circulant dans le conduit haute-pression de régénération 6, le gaz travaillant 81 est préchauffé à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius par le gaz travaillant 81 chaud qui circule dans le conduit basse-pression de régénération 7 adjacent.While circulating in the regeneration high-pressure conduit 6, the working gas 81 is preheated to a temperature of six-hundred-fifty degrees Celsius by the hot working gas 81 which flows through the adjacent low-pressure regeneration line 7.

Pour simplifier, considérons que le rendement de l’échangeur thermique de régénération 5 est de cent pour cent. Ceci implique que le gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit basse-pression de régénération 7 entre dans ce dernier à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius et sort dudit conduit 7 à une température de deux-cents degrés Celsius avant d’être relâché dans l’atmosphère via le conduit de sortie de moteur 33, cependant que le gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit haute-pression de régénération 6 entre dans ce dernier à une température de deux-cents degrés Celsius pour en ressortir à une température de six-cent-cinquante degrés Celsius.For simplicity, consider that the efficiency of the regeneration heat exchanger 5 is one hundred percent. This implies that the working gas 81 which flows in the regeneration low-pressure conduit 7 enters the latter at a temperature of six hundred and fifty degrees Celsius and leaves said duct 7 at a temperature of two hundred degrees Celsius before be released into the atmosphere via the motor outlet conduit 33, while the working gas 81 which flows in the regeneration high-pressure conduit 6 enters the latter at a temperature of two hundred degrees Celsius to come out at a temperature of temperature of six hundred and fifty degrees Celsius.

Sortant du conduit haute-pression de régénération 6, ledit gaz travaillant 81 est ensuite surchauffé à mille-quatre-cents degrés Celsius par la source de chaleur 12 qui - selon cet exemple de réalisation - est constituée d’un brûleur de carburant 38.Leaving the high-pressure regeneration duct 6, said working gas 81 is then superheated at a thousand-four hundred degrees Celsius by the heat source 12 which - according to this embodiment - consists of a fuel burner 38.

Au sortir dudit brûleur 38, le gaz travaillant 81 est acheminé par un conduit d’admission des gaz chauds 19 jusqu’au détendeur de gaz 78 qui n’est autre que le cylindre détendeur 13 du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593.At the exit of said burner 38, the working gas 81 is conveyed via a hot gas intake duct 19 to the gas expander 78 which is nothing other than the expander cylinder 13 of the transfer-expansion and regeneration thermal engine. the patent application No. FR 51593.

On note que le conduit d’admission des gaz chauds 19 est préférentiellement réalisé en céramique à haute résistance à la température jusqu’à son raccordement avec une culasse de cylindre détendeur 14 coiffant l’une ou l’autre extrémité du cylindre détendeur 13. Ainsi, la température dudit conduit 19 reste approximativement égale à mille-quatre-cents degrés Celsius de sorte que le gaz travaillant 81 circulant dans ledit conduit 19 conserve sa température tout au long de son parcours.It is noted that the hot gas inlet duct 19 is preferably made of ceramic with high temperature resistance until it is connected to a cylinder head of the expander cylinder 14 covering either end of the expander cylinder 13. the temperature of said duct 19 remains approximately equal to one thousand four hundred degrees Celsius so that the working gas 81 flowing in said duct 19 retains its temperature throughout its course.

Ainsi donc, comme illustré en figure 1, chaque extrémité du cylindre détendeur 13 est coiffée d’une culasse de cylindre détendeur 14 de sorte que soient définies avec un piston détendeur à double effet 15 deux chambres de transvasement-détente 16. On note aussi que chaque culasse comporte une soupape doseuse d’admission 24 et une soupape doseuse d’échappement 31.Thus, as illustrated in FIG. 1, each end of the expander cylinder 13 is capped with a cylinder head of the expander cylinder 14 so that two decompressor-expansion chambers 16 are defined with a double-acting expansion piston. each cylinder head has an intake metering valve 24 and an exhaust metering valve 31.

Grâce au système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention, le moteur thermique à transfert-détente et régénération étant chaud, le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 sont maintenus à une température voisine de sept-cents degrés Celsius. Ceci permet de réaliser ledit le cylindre 13 et lesdites culasses 14 dans un matériau moins cher et plus courant que la céramique, tel que l’inox ou la fonte ferritique au silicium.Thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, the transfer-expansion and regeneration heat engine being hot, the expansion cylinder 13 and the cylinder cylinder cylinder 14 are maintained at a temperature of about seven hundred degrees Celsius. This allows said cylinder 13 and said cylinder heads 14 to be made of a less expensive and more current material than ceramic, such as stainless steel or ferritic silicon cast iron.

Le piston détendeur à double effet 15 est quant à lui, et selon cet exemple non-limitatif de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention, fabriqué en nitrure de silicium. La température moyenne de fonctionnement dudit piston 15 est de l’ordre de huit-cents degrés Celsius.The double-acting expander piston 15 is itself, and according to this non-limiting embodiment of the regenerative cooling system 100 according to the invention, manufactured in silicon nitride. The average operating temperature of said piston 15 is of the order of eight hundred degrees Celsius.

On remarque en figure 1 que ledit piston 15 est relié par des moyens mécaniques de transmission 19 à un arbre de sortie de puissance 17, lesdits moyens 19 étant notamment constitués d’une bielle 42 articulée autour d’une manivelle 43.FIG. 1 shows that said piston 15 is connected by mechanical transmission means 19 to a power output shaft 17, said means 19 consisting in particular of a connecting rod 42 articulated around a crank 43.

Le gaz travaillant 81 porté à une pression de vingt bars et à une température de mille-quatre-cents degrés Celsius est donc introduit dans l’une ou l’autre chambre de transvasement-détente 16 par la soupape doseuse d’admission 24 correspondante.The working gas 81 brought to a pressure of twenty bars and a temperature of fourteen hundred degrees Celsius is therefore introduced into one or the other transfer-expansion chamber 16 by the corresponding metering inlet valve 24.

En passant au travers de l’orifice maintenu ouvert par la soupape doseuse d’admission 24, ledit gaz 81 commence à légèrement se refroidir notamment au contact des parois internes de la culasse de cylindre détendeur 14 qu’il traverse, et des parois interne de la chambre de transvasement-détente 16 dans laquelle il est introduit dans l’objectif d’y être détendu par le piston détendeur à double effet 15. Lesdites parois sont - comme nous l’avons vu précédemment - maintenues à sept-cents degrés Celsius par le système de refroidissement régénératif 100.By passing through the orifice kept open by the intake metering valve 24, said gas 81 begins to cool slightly, in particular in contact with the internal walls of the cylinder cylinder 14 that it passes through, and the internal walls of the cylinder. the transfer-expansion chamber 16 in which it is introduced for the purpose of being expanded by the double-acting expansion piston 15. Said walls are - as we have seen previously - maintained at seven hundred degrees Celsius by the regenerative cooling system 100.

Nous ferons à ce stade l’hypothèse que le gaz travaillant 81 perd en moyenne cent degrés Celsius en léchant les parois internes de la culasse de cylindre détendeur 14, et celles de la chambre de transvasement-détente 16. En conséquence, la température du gaz travaillant 81 a chuté pendant son transvasement depuis le conduit d’admission des gaz chauds 19 vers la chambre de transvasement-détente 16 pour passer de mille-quatre-cents degrés Celsius à mille-trois-cents degrés Celsius.At this stage, we will assume that the working gas 81 loses an average of 100 degrees Celsius by licking the internal walls of the cylinder cylinder 14, and those of the transfer-expansion chamber 16. As a result, the temperature of the gas Working 81 has fallen during its transfer from the hot gas inlet duct 19 to the transfer-expansion chamber 16 to go from one thousand four hundred degrees Celsius to one thousand three hundred degrees Celsius.

Lorsque la quantité de gaz travaillant 81 recherchée a été effectivement introduite dans la chambre de transvasement-détente 16 par la soupape doseuse d’admission 24 correspondante, cette dernière se referme, et le piston détendeur à double effet 15 détend ledit gaz 81. Ce faisant, ledit piton 15 récolte le travail produit par la détente dudit gaz 81, et communique ledit travail à l’arbre de sortie de puissance 17 notamment via la bielle 42 et la manivelle 43.When the desired quantity of working gas 81 has actually been introduced into the transfer-expansion chamber 16 by the corresponding intake metering valve 24, the latter is closed, and the double-acting expander piston 15 expands said gas 81. said peak 15 collects the work produced by the expansion of said gas 81, and communicates said work to the power output shaft 17 in particular via the connecting rod 42 and the crank 43.

Une fois le gaz travaillant 81 détendu par le piston détendeur à double effet 15, la pression dudit gaz 81 a chuté à environ un bar absolu. Il en est de même pour la température dudit gaz 81 qui est passée de mille-trois-cents degrés Celsius à cinq-cent-cinquante degrés Celsius.Once the working gas 81 has been expanded by the double-acting expander piston 15, the pressure of said gas 81 has dropped to about one absolute bar. It is the same for the temperature of said gas 81 which has increased from one thousand three hundred degrees Celsius to five hundred and fifty degrees Celsius.

Le piston détendeur à double effet 15 ayant atteint son Point Mort Bas, la soupape doseuse d’échappement 31 s’ouvre et ledit piston 15 expulse ledit gaz 81 dans le conduit d’entrée d’enceinte 84 qui achemine ledit gaz 81 jusqu’au port d’entrée d’enceinte 82.As the double acting expansion piston 15 has reached its down dead point, the exhaust metering valve 31 opens and said piston 15 expels said gas 81 into the enclosure inlet conduit 84 which conveys said gas 81 to speaker input port 82.

Le gaz travaillant 81 pénètre alors dans l’espace de circulation des gaz 80 puis se dirige via cet espace vers le port de sortie d’enceinte 83. Ce faisant, ledit gaz 81 lèche les parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14. Lesdites parois externes ont été prévues en tout ou partie rugueuses et/ou parsemées de motifs géométriques afin de produire un forçage convectif obligeant le gaz travaillant 81 à prélever plus ou moins de chaleur auxdites parois lorsque ledit gaz 81 circule au contact desdites parois.The working gas 81 then enters the gas circulation space 80 and then moves via this space to the enclosure outlet port 83. In doing so, said gas 81 licks the hot outer walls of the expander cylinder 13 and cylinder heads. Expansion cylinder 14. Said external walls have been provided wholly or partly roughened and / or strewn with geometric patterns to produce a convective forcing forcing the working gas 81 to take more or less heat from said walls when said gas 81 flows in contact with said walls.

En outre, la géométrie interne de l’enceinte de refroidissement 79 et/ou la géométrie externe du cylindre détendeur 13 et/ou la géométrie externe des culasses de cylindre détendeur 14 peuvent avantageusement former des canaux qui forcent tout ou partie du gaz travaillant 81 à suivre un itinéraire ou plusieurs itinéraires simultanés pour aller du port d’entrée d’enceinte 82 au port de sortie d’enceinte 83 via l’espace de circulation des gaz 80.In addition, the internal geometry of the cooling chamber 79 and / or the external geometry of the expansion cylinder 13 and / or the external geometry of the cylinder cylinder 14 can advantageously form channels that force all or part of the working gas 81 to following a route or several simultaneous routes to go from the speaker input port 82 to the speaker output port 83 via the gas flow space 80.

On comprend que la double stratégie de forçage convectif et d’itinéraire forcé du gaz travaillant 81 permet de choisir de première part, les zones d’export de chaleur depuis les parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 vers ledit gaz 81, de deuxième part, l’ordre chronologique de balayage desdites zones par ledit gaz 81, et de troisième et dernière part, l’intensité du forçage convectif le long de l’itinéraire dudit gaz 81.It will be understood that the double strategy of convective forcing and forced route of the working gas 81 makes it possible to choose, firstly, the heat export zones from the hot external walls of the expander cylinder 13 and the cylinder of the expander cylinder 14 to the said gas 81, secondly, the chronological order of scanning of said zones by said gas 81, and third and last, the intensity of the convective forcing along the route of said gas 81.

En tout état de cause, pendant son parcours dans l’enceinte de refroidissement 79, la température du gaz travaillant 81 soustrait de la chaleur aux parois externes chaudes du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 au point que la température dudit gaz 81 passe progressivement de cinq-cent-cinquante degrés Celsius à six-cent-cinquante degrés Celsius. Ce faisant et en relation avec la stratégie de forçage convectif et d’itinéraire choisie pour ledit gaz 81, ce dernier homogénéise la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 ladite température étant maintenue au voisinage de sept-cents degrés Celsius.In any event, during its journey through the cooling chamber 79, the temperature of the working gas 81 subtracts heat from the hot external walls of the expander cylinder 13 and the cylinder cylinder cylinder 14 to the point that the temperature of said gas 81 progressively goes from five hundred and fifty degrees Celsius to six hundred and fifty degrees Celsius. In doing so and in connection with the strategy of convective forcing and route chosen for said gas 81, the latter homogenizes the temperature of the expander cylinder 13 and cylinder cylinder cylinder 14 said temperature being maintained in the vicinity of seven hundred degrees Celsius.

Le gaz travaillant 81 ayant atteint sa nouvelle température de six-cent-cinquante degrés Celsius, ledit gaz 81 parvient au port de sortie d’enceinte 83 et rejoint le conduit basse-pression de régénération 7 via le conduit de sortie d’enceinte 86.Since the working gas 81 has reached its new temperature of six hundred fifty degrees Celsius, said gas 81 reaches the enclosure output port 83 and rejoins the low-pressure regeneration line 7 via the enclosure output duct 86.

Comme on l’a compris à la lecture de ce qui précède, en circulant dans le conduit basse-pression de régénération 7 et avant d’être relâché dans l’atmosphère via le conduit de sortie de moteur 33, le gaz travaillant 81 expulsé du port de sortie d’enceinte 83 cède une grande partie de sa chaleur au gaz travaillant 81 qui circule dans le conduit haute-pression de régénération 6 adjacent.As understood by reading the above, while circulating in the low-pressure regeneration line 7 and before being released into the atmosphere via the motor output conduit 33, the working gas 81 expelled from the enclosure outlet port 83 gives much of its heat to the working gas 81 which circulates in the adjacent regeneration high pressure line 6.

En définitive et grâce au système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention, la chaleur extraite du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 pour les maintenir à une température de l’ordre de sept-cents degrés Celsius n’est en rien dissipée en pure perte.Ultimately and thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, the heat extracted from the expander cylinder 13 and cylinder cylinder cylinder 14 to maintain a temperature of the order of seven hundred degrees Celsius is in no way dissipated in pure loss.

En effet, ladite chaleur est réintroduite dans le cycle thermodynamique du moteur thermique à régénération 1 pour se substituer à une partie de la chaleur devant être apportée par le brûleur de carburant 38 pour porter le gaz travaillant 81 à une température de mille-quatre-cents degrés Celsius avant que ce dernier ne soit dirigé vers le cylindre détendeur 13 puis introduit dans les chambres de transvasement-détente 16.Indeed, said heat is reintroduced into the thermodynamic cycle of the regenerative heat engine 1 to substitute for a portion of the heat to be supplied by the fuel burner 38 to bring the working gas 81 to a temperature of one thousand four hundred degrees Celsius before the latter is directed towards the expander cylinder 13 and then introduced into the transfer-expansion chambers 16.

On remarque en figure 1 le conduit de contournement d’enceinte 87 lequel comprend une vanne de réglage de débit 85. On remarque aussi en figure 1 que le conduit de sortie d’enceinte 86 comprend également une vanne de réglage de débit 85. Ces deux dites vannes 85 constituent une variante de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 selon l’invention et sont prévues pour réguler la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14.FIG. 1 shows the enclosure bypass duct 87 which comprises a flow control valve 85. It will also be noted in FIG. 1 that the enclosure outlet duct 86 also comprises a flow control valve 85. said valves 85 constitute an alternative embodiment of the regenerative cooling system 100 according to the invention and are provided for regulating the temperature of the expander cylinder 13 and cylinder cylinder cylinder 14.

En effet, si ladite température est trop élevée, la vanne de réglage de débit 85 du conduit de contournement d’enceinte 87 obture ledit conduit de contournement 87 tandis que la vanne de réglage de débit 85 du conduit de sortie d’enceinte 86 ouvre ledit conduit de sortie 86. Ceci a pour effet de forcer le gaz travaillant 81 expulsé des chambres de transvasement-détente 16 par leur soupape doseuse d’échappement 31 respective à passer par l’espace de circulation des gaz 80 pour rejoindre le conduit basse-pression de régénération 7.Indeed, if said temperature is too high, the flow control valve 85 of the enclosure bypass duct 87 closes said bypass duct 87 while the flow control valve 85 of the enclosure outlet duct 86 opens said outlet duct 86. This has the effect of forcing the working gas 81 expelled from the transfer-expansion chambers 16 by their respective exhaust metering valve 31 to pass through the circulation space 80 to reach the low-pressure duct Regeneration 7.

Si au contraire la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 est trop basse, la vanne de réglage de débit 85 du conduit de contournement d’enceinte 87 ouvre ledit conduit de contournement 87 tandis que la vanne de réglage de débit 85 du conduit de sortie d’enceinte 86 ferme ledit conduit de sortie 86. Ceci a pour effet d’interdire au gaz travaillant 81 expulsé des chambres de transvasement-détente 16 par leur soupape doseuse d’échappement 31 respective de passer par l’espace de circulation des gaz 80 pour rejoindre le conduit basse-pression de régénération 7. Ledit gaz 81 rejoint donc ledit conduit 7 directement, via le conduit de contournement d’enceinte 87.If, on the other hand, the temperature of the expander cylinder 13 and of the expander cylinder heads 14 is too low, the flow control valve 85 of the enclosure bypass duct 87 opens said bypass duct 87 while the flow control valve 85 the enclosure outlet duct 86 closes said outlet duct 86. This has the effect of preventing the exhaust gas 81 expelled from the transfer-expansion chambers 16 by their respective exhaust metering valve 31 to pass through the space of circulation of gas 80 to join the low-pressure regeneration line 7. Said gas 81 therefore joins said duct 7 directly via the enclosure bypass duct 87.

On comprend que dans la pratique, les vannes de réglage de débit 85 sont rarement soit pleinement ouvertes soit pleinement fermées, et que lesdites vannes 85 peuvent être maintenues entrouvertes pour réguler la température du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 sans variation brutale de débit de gaz travaillant 81 circulant dans l’espace de circulation des gaz 80.It is understood that in practice, the flow control valves 85 are seldom either fully open or fully closed, and that said valves 85 can be kept ajar to regulate the temperature of the expander cylinder 13 and cylinder cylinder expander 14 without sudden change operating gas flow 81 circulating in the gas circulation space 80.

On comprend aussi que la régulation de ladite température nécessite un dispositif de commande formé par exemple d’au moins un capteur de température et d’un microcontrôleur connus en soi, lesquels permettent de piloter des servomoteurs de quelque type que ce soit qui chacun actionne une vanne de réglage de débit 85 en ouverture ou en fermeture.It is also understood that the regulation of said temperature requires a control device formed for example of at least one temperature sensor and a microcontroller known per se, which make it possible to drive servomotors of any type whatsoever which each operates a flow control valve 85 opening or closing.

Selon un mode particulier de réalisation du système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention, les vannes de réglage de débit 85 peuvent aussi être reliées entre-elles par une liaison mécanique pour partager le même servomoteur. En ce cas, ladite liaison garantit que lorsque la première dite vanne 85 est fermée la seconde est ouverte, et inversement.According to a particular embodiment of the regenerative cooling system 100 according to the invention, the flow control valves 85 can also be connected to each other by a mechanical connection to share the same servomotor. In this case, said connection ensures that when the first said valve 85 is closed the second is opened, and vice versa.

On déduit aisément de ce qui précède que le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention apporte de nombreux avantages, notamment à la mise en œuvre du moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593 appartenant au demandeur. A titre de premier avantage, il n’est plus nécessaire de réaliser le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 en matériau céramique comme par exemple le carbure de silicium. En effet, ce type de matériau est notoirement cher à produire du fait de sa grande dureté le rendant difficilement usinable au moyen d’outils de coupe ou de rectification conventionnels. Grâce au système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention, il est possible de remplacer ladite céramique par de la fonte ou de l’acier inoxydable. Ceci réduit fortement le prix de revient en fabrication du moteur thermique à transfert-détente et régénération ce qui est décisif, notamment pour que ledit moteur puisse accéder au marché automobile. A titre de deuxième avantage, le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14 étant plus froids, il est possible de recourir à des matériaux à très faible conductivité thermique et à forte résistance mécanique à la compression tels que le quartz pour réaliser les piliers évidés du cylindre détendeur à double effet à support adaptatif objet de la demande de brevet N° FR 15 58585 du 14 septembre 2015 appartenant au demandeur. En effet, si le quartz n’est pas compatible avec une température de mille trois-cents degrés Celsius, il est parfaitement compatible avec une température de sept-cents degrés Celsius. Rappelons ici que le cylindre détendeur à double effet à support adaptatif dont il est question constitue l’un des perfectionnements-clés du moteur thermique à transfert-détente et régénération. A titre de troisième avantage, les culasses de cylindre détendeur 14 étant maintenues à sept-cents degrés Celsius, elles peuvent recevoir des soupapes en nitrure de silicium préexistantes, compatibles avec ces niveaux de température. De telles soupapes ont par exemple été développées par la société « NGK » et ont fait l’objet de recherches sur leur industrialisation à bas coût notamment dans le cadre du projet N°G3RD-CT-2000-00248 intitulé « LIVALVES », financé dans le cadre du cinquième programme cadre Européen FP5-GROWTH. A titre de quatrième avantage, avec une température de paroi intérieure de cylindre détendeur 13 maintenue au voisinage de sept-cents degrés Celsius, le segment à coussin d’air tel que prévu dans la demande de brevet N° FR 15 51593 appartenant au demandeur peut être fait d’un superalliage durablement résistant à ces niveaux de température, sans risque pour ledit segment d’être soumis à une température significativement supérieure auxdits sept-cents degrés Celsius, notamment lorsque le moteur thermique à transfert-détente et régénération est stoppé et avant que ce dernier n’ait refroidi. A titre de cinquième avantage, appliqué au moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593, le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention permet de limiter la température à laquelle sont soumis les écrans thermiques 88 qui enveloppent le cylindre détendeur 13 et les culasses de cylindre détendeur 14. En effet, l’enceinte de refroidissement 79 s’intercale entre lesdits écrans 88 d’une part, et ledit cylindre 13 et lesdites culasses d’autre part. Le prix de revient et la durabilité desdits écrans 88 s’en trouvent ainsi améliorés dans d’importantes proportions.It is readily apparent from the foregoing that the regenerative cooling system 100 according to the invention brings many advantages, in particular to the implementation of the transfer-expansion and regeneration thermal engine which is the subject of patent application No. FR 51593 belonging to to the applicant. As a first advantage, it is no longer necessary to produce the expander cylinder 13 and the cylinder cylinder cylinder 14 cylinders ceramic material such as silicon carbide. Indeed, this type of material is notoriously expensive to produce because of its high hardness making it difficult to machine using conventional cutting or grinding tools. Thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, it is possible to replace said ceramic with cast iron or stainless steel. This greatly reduces the manufacturing cost of the heat engine transfer-trigger and regeneration which is decisive, in particular for said engine to access the automotive market. As a second advantage, the expander cylinder 13 and the cylinder cylinder cylinder 14 expander being colder, it is possible to use materials with very low thermal conductivity and high compressive strength such as quartz to achieve the pillars recesses of the double-acting pressure-compensating cylinder with adaptive support object of the patent application No. FR 58585 of 14 September 2015 belonging to the applicant. Indeed, if the quartz is not compatible with a temperature of one thousand three hundred degrees Celsius, it is perfectly compatible with a temperature of seven hundred degrees Celsius. It should be recalled here that the double-acting, adaptive-support-type expansion cylinder in question is one of the key improvements of the transfer-expansion-regeneration thermal engine. As a third advantage, the cylinder cylinder cylinders 14 being maintained at seven hundred degrees Celsius, they can receive pre-existing silicon nitride valves compatible with these temperature levels. Such valves have for example been developed by the company "NGK" and have been the subject of research on their low-cost industrialization, particularly in the framework of project No. G3RD-CT-2000-00248 entitled "LIVALVES", financed in the framework of the fifth FP5-GROWTH European Framework Program. As a fourth advantage, with an inner barrel cylinder wall temperature maintained in the vicinity of seven hundred degrees Celsius, the air cushion segment as provided in applicant's patent application FR 51593 can be made of a superalloy durably resistant to these temperature levels, without risk for said segment to be subjected to a temperature significantly higher than said seven hundred degrees Celsius, especially when the heat transfer engine-relaxation and regeneration is stopped and before that it has cooled. As a fifth advantage, applied to the transfer-expansion and regeneration thermal engine which is the subject of the patent application No. FR 51593, the regenerative cooling system 100 according to the invention makes it possible to limit the temperature at which the heat shields are subjected. 88, which surround the expander cylinder 13 and the cylinder cylinder cylinder 14. In fact, the cooling chamber 79 is inserted between said screens 88 on the one hand, and said cylinder 13 and said cylinder heads on the other. The cost price and durability of said screens 88 are thus improved in large proportions.

Ces avantages sont obtenus sans préjudice pour le rendement énergétique final du moteur thermique à transfert-détente et régénération.These advantages are achieved without prejudice to the final energy efficiency of the heat transfer engine-relaxation and regeneration.

Au contraire, le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention permet de découpler la relation existante selon la demande de brevet N° FR 15 51593 entre la résistance à la température des matériaux constitutifs du cylindre détendeur 13 et des culasses de cylindre détendeur 14 d’une part, et la température du gaz travaillant 81 sortant du brûleur de carburant 38 d’autre part.On the other hand, the regenerative cooling system 100 according to the invention makes it possible to decouple the existing relationship according to the patent application No. FR 51593 between the temperature resistance of the materials constituting the expander cylinder 13 and the cylinder heads of the expander cylinder 14. on the one hand, and the temperature of the working gas 81 coming out of the fuel burner 38 on the other hand.

En quelque sorte, grâce au système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention, il est envisageable de hausser la température du gaz travaillant 81 sortant du brûleur de carburant 38 pour augmenter le rendement final du moteur thermique à transfert-détente et régénération et ceci, sans compromettre la tenue à la température des principaux organes qui constituent ledit moteur.In a way, thanks to the regenerative cooling system 100 according to the invention, it is possible to increase the temperature of the working gas 81 coming out of the fuel burner 38 to increase the final efficiency of the transfer-expansion and regeneration heat engine and this, without compromising the resistance to temperature of the main organs that constitute said engine.

On note qu’outre le moteur thermique à transfert-détente et régénération objet de la demande de brevet N° FR 15 51593, le système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention peut avantageusement s’appliquer à tout autre moteur thermique à régénération 1 dont la configuration et les caractéristiques de température sont compatibles avec ledit système 100.It should be noted that, in addition to the thermal transfer-expansion and regeneration engine which is the subject of the patent application No. FR 51593, the regenerative cooling system 100 according to the invention can advantageously be applied to any other regenerative heat engine 1 of which the configuration and the temperature characteristics are compatible with said system 100.

Les possibilités du système de refroidissement régénératif 100 suivant l’invention ne s’en limitent donc pas aux applications qui viennent d’être décrites et il doit d’ailleurs être entendu que la description qui précède n’a été donnée qu’à titre d’exemple et qu’elle ne limite nullement le domaine de ladite invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d’exécution décrits par tout autre équivalent.The possibilities of the regenerative cooling system 100 according to the invention are therefore not limited to the applications which have just been described and it must also be understood that the foregoing description has been given only as a example and that it does not limit in any way the field of said invention which one would not go out by replacing the execution details described by any other equivalent.

Claims

1. Regenerative cooling system (100) provided for a regenerative heat engine (1), the latter comprising at least one regeneration heat exchanger (5) which has a high-pressure regeneration duct (6) in which circulates therein preheated a working gas (81) which has been previously compressed by a compressor (2), while at the outlet of said conduit (6) said gas (81) is superheated by a heat source (12) before being introduced in a gas expander (78) in which it is expanded to produce a work on a power output shaft (17), said gas (81) being then expelled at the outlet of the gas expander (78) and introduced into a conduit regeneration low-pressure (7) present in the regeneration heat exchanger (5), said gas (81) circulating in said duct (7) yielding a large part of its residual heat to the circulating working gas (81) in the conduit ha regeneration pressure-regulator (6), said system (100) being characterized in that it comprises: • at least one cooling chamber (79) which wholly or partly envelopes the gas expander (78) and / or the a heat source (12) and / or a hot gas inlet duct (19) which connects said source (12) to said expander (78), while a gas circulation space (80) is left between said enclosure (79) on the one hand, and / or said expander (78) and / or said source (12) and / or said duct (19) on the other hand; At least one enclosure inlet port (82) which is directly or indirectly connected to the outlet of the gas expander (78) and through which all or part of the working gas (81) expelled from said expander (78) via said outlet can enter the gas circulation space (80); At least one enclosure output port (83) that is directly or indirectly connected to the regeneration low-pressure conduit (7) and through which the working gas (81) can exit the gas circulation space (80). ) before being introduced into said low-pressure conduit (7).

Regenerative cooling system according to Claim 1, characterized in that the enclosure inlet port (82) is connected to the outlet of the gas expander (78) via an enclosure inlet duct (84). whose effective section is regulated by a flow control valve (85).

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

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

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

6. Regenerative cooling system according to claim 1, characterized in that the outside of the cooling chamber (79) is coated with a heat shield (88).