FR3067385A1 - RELAXATION MACHINE AND METHODS OF USING SUCH A MACHINE - Google Patents

RELAXATION MACHINE AND METHODS OF USING SUCH A MACHINE Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne une machine de détente (0) comportant une zone d admission (22) présentant un orifice d admission d un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué par un composant principal en phase gazeuse en régime de fonctionnement nominal chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide. La zone de haute pression est constituée par la zone d admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression. Le circuit de dérivation étant en contact avec la zone d expansion (25) pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d expansion (25), pour former un moyen de préchauffe (15). La zone d admission (22) présente : ○ au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d expansion (25) et ○ une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9).The present invention relates to an expansion machine (0) comprising an intake zone (22) having an intake port for a pressurized working fluid, said fluid being constituted by a main component in the gaseous phase under nominal operating conditions loaded with a lubricating component in the liquid phase. The high pressure zone is constituted by the intake zone (22) fed directly by the working fluid under pressure. The bypass circuit being in contact with the expansion zone (25) to provide heat transfer between the working fluid flowing in said bypass circuit and the working fluid contained in said expansion zone (25), to form a means for preheating (15). The intake zone (22) has: at least a first internal opening opening into an expansion zone (25) and a second internal opening opening into said bypass circuit, controlled by said valve (9).

Description

MACHINE DE DETENTE ETRELAXATION MACHINE AND

PROCEDES D'UTILISATION D'UNE TELLE MACHINEMETHODS OF USING SUCH A MACHINE

Domaine de 1'inventionField of the invention

La présente invention concerne le domaine des machines de détente destinées à la récupération d'énergie thermique provenant de fluide chaud, pour la transformation en énergie mécanique ou électrique.The present invention relates to the field of expansion machines for recovering thermal energy from hot fluid, for transformation into mechanical or electrical energy.

Selon un domaine d'invention préféré, l'invention concerne un système de récupération de l'énergie thermique issue d'un moteur tel qu'un moteur à combustion interne, et trouve une application particulière dans le domaine des transports.According to a preferred field of invention, the invention relates to a system for recovering thermal energy from an engine such as an internal combustion engine, and finds a particular application in the field of transport.

Etat de la techniqueState of the art

Le principe général de telles machines de détente est connu dans l'art antérieur.The general principle of such expansion machines is known in the prior art.

En particulier, la demande de brevet européen EP3128137 décrit un ensemble pour commander un débit de fluide de travail en phase gazeuse entre sa source et l'admission d'une machine de détente.In particular, European patent application EP3128137 describes an assembly for controlling a flow of working fluid in the gaseous phase between its source and the intake of an expansion machine.

Le but de cette solution de l'art antérieur est d'éviter la pénétration du fluide de travail sous forme liquide dans la machine, en diminuant la pression lorsque la température du fluide alimentant la machine est trop basse. Un autre but est de limiter la pression lorsque celle-ci est excessive. Pour cela, cette solution prévoit une vanne à tiroir comprenant plusieurs passages alimentant d'un côté la culasse, de l'autre coté la zone d'échappement.The purpose of this solution of the prior art is to avoid the penetration of the working fluid in liquid form into the machine, by reducing the pressure when the temperature of the fluid supplying the machine is too low. Another aim is to limit the pressure when it is excessive. For this, this solution provides a slide valve comprising several passages supplying on one side the cylinder head, on the other side the exhaust zone.

On connaît aussi dans l'art antérieur la demande de brevet internationale WO 2016142144 décrivant une machine à pistons axiaux qui comprend un rotor dans un carter, des cylindres agencés annulairement autour du rotor et dans lesquels des pistons sont disposés mobiles en translation, un orifice d'admission dans une culasse et un orifice d'échappement dans le carter étant associés à chaque cylindre. Cette solution de l'art antérieur est caractérisée en ce qu'un canal d'admission menant à l'orifice d'admission et un canal d'échappement communiquant avec l'orifice d'échappement sont ménagés respectivement dans la culasse et dans le carter. Un canal de dérivation s'étend de la culasse au canal d'échappement à une zone comprenant un plateau incliné à travers le carter. Une vanne de dérivation est reliée à la culasse ou est intégrée dans celle-ci et répartit un fluide de travail entre le canal d'admission et le canal de dérivation en fonction de sa position.Also known in the prior art is the international patent application WO 2016142144 describing an axial piston machine which comprises a rotor in a casing, cylinders arranged annularly around the rotor and in which pistons are arranged movable in translation, an orifice admission to a cylinder head and an exhaust port in the housing being associated with each cylinder. This solution of the prior art is characterized in that an intake channel leading to the intake port and an exhaust channel communicating with the exhaust port are provided in the cylinder head and in the casing respectively. . A bypass channel extends from the cylinder head to the exhaust channel to an area comprising a plate inclined through the housing. A bypass valve is connected to or integrated into the cylinder head and distributes a working fluid between the intake channel and the bypass channel according to its position.

Cette solution a pour but de réduire l'encombrement de la machine par une meilleure intégration des circuits, et d'accélérer la chauffe du moteur à piston axial par un canal de dérivation formé dans le corps de la machine, et commandé par une vanne trois voies distribuant le fluide de travail alimentant la machine à l'entrée de la culasse soit vers la culasse, soit vers le canal de dérivation.The purpose of this solution is to reduce the size of the machine by better integration of the circuits, and to accelerate the heating of the axial piston engine by a bypass channel formed in the body of the machine, and controlled by a three-way valve. channels distributing the working fluid supplying the machine at the cylinder head inlet either towards the cylinder head or towards the bypass channel.

On connaît également la demande de brevet internationale WO 2014123572.The international patent application WO 2014123572 is also known.

Ce document concerne un appareil de récupération de chaleur perdue, à utiliser avec un moteur à combustion interne, comprenant un circuit de fluide de travail pour faire circuler du fluide de travail, un évaporateur raccordé au circuit de fluide de travail et adapté pour récupérer de la chaleur perdue provenant d'une source afin de chauffer le fluide de travail, une machine de détente raccordée sur le circuit de fluide de travail pour recevoir du fluide de travail provenant de 1'évaporateur, et un moyen de chauffe associé à la machine de détente. Le circuit de fluide de travail en aval de 1'évaporateur comprend un premier branchement se raccordant à une admission de la machine de détente et un second branchement se raccordant au moyen de chauffe. Une vanne est raccordée sur le circuit de fluide de travail pour réguler sélectivement l'écoulement de fluide de travail vers le premier branchement pour un travail de détente et de récupération ou vers le second branchement pour chaufferThis document relates to a waste heat recovery device, for use with an internal combustion engine, comprising a working fluid circuit for circulating working fluid, an evaporator connected to the working fluid circuit and suitable for recovering waste heat from a source to heat the working fluid, an expansion machine connected to the working fluid circuit to receive working fluid from the evaporator, and a heating means associated with the expansion machine . The working fluid circuit downstream of the evaporator comprises a first connection connecting to an inlet of the expansion machine and a second connection connecting to the heating means. A valve is connected to the working fluid circuit to selectively regulate the flow of working fluid to the first connection for expansion and recovery work or to the second connection for heating

la machine travail. the machine job. de of détente relaxation selon according to la température temperature du of fluide fluid de of Le The but de goal cette this solution est solution is d'améliorer improve le the fonctionnement operation de la machine lorsque le fluide of the machine when the fluid de of travail job est East

à une température insuffisante et proche de la saturation, afin d'éviter la dégradation de la machine par injection d'une phase liquide, et pour réduire le temps de chauffe de la machine. La machine de détente de l'art antérieur comprend à cet effet un moyen de chauffe qui est connecté pour recevoir un fluide de travail dans le but de chauffer la machine de détente. Une vanne de dérivation à trois voies commande la dérivation du fluide de travail vers la machine de détente ou vers le moyen de chauffe.at an insufficient temperature and close to saturation, in order to avoid degradation of the machine by injection of a liquid phase, and to reduce the heating time of the machine. The expansion machine of the prior art for this purpose comprises a heating means which is connected to receive a working fluid for the purpose of heating the expansion machine. A three-way bypass valve controls the bypass of the working fluid to the expansion machine or to the heating means.

On connaît aussi la demande de brevet internationale WO/2017/008094 décrivant un procédé de commande d'un système de récupération de chaleur perdue pour un moteur à combustion interne d'un véhicule. Ce système de récupération de chaleur perdue présente au moins un expandeur transmettant un couple au moteur à combustion interne et pouvant être contourné par l'intermédiaire d'une voie d'écoulement de dérivation. L'évaporateur est agencé dans la région du système d'échappement du moteur à combustion interne. L'expandeur peut fonctionner selon différents modes en fonction d'au moins une variable d'entrée.Also known is the international patent application WO / 2017/008094 describing a method for controlling a waste heat recovery system for an internal combustion engine of a vehicle. This waste heat recovery system has at least one expander that transmits torque to the internal combustion engine and can be bypassed via a bypass flow path. The evaporator is arranged in the region of the exhaust system of the internal combustion engine. The expander can operate in different modes depending on at least one input variable.

La variable d'entrée est sélectionnée dans le groupe comprenant les éléments suivants :The input variable is selected from the group comprising the following elements:

- vitesse de rotation de l'expandeur,- speed of rotation of the expander,

- information concernant les rapports (GI),- reporting information (IM),

- information de ralentissement (CI),- slowdown information (CI),

- pression (pl, p2 ) et température (Tl, T2 ) du fluide de service en amont et en aval de l'expandeur (22) par l'intermédiaire du dispositif de commande (30).- pressure (pl, p2) and temperature (Tl, T2) of the service fluid upstream and downstream of the expander (22) via the control device (30).

Un premier mode de fonctionnement est associé à une phase de mise en température après démarrage de l'expandeur. Un deuxième de fonctionnement correspond à une phase de fonctionnement normal de l'expandeur.A first operating mode is associated with a warm-up phase after starting the expander. A second operating corresponds to a normal operating phase of the expander.

Dans le premier mode, la voie d'écoulement de dérivation est ouverte et l'expandeur n'est pas raccordé à un arbre d'entraînement auxiliaire du moteur à combustion interne.In the first mode, the bypass flow path is open and the expander is not connected to an auxiliary drive shaft of the internal combustion engine.

Dans le deuxième mode, la voie d'écoulement de dérivation est fermée et l'expandeur est raccordé au moteur à combustion interne. Le deuxième mode est sélectionné lorsque la pression (p2) et/ou la température (T2) du fluide de service en aval de l'expandeur (22) dépassent une valeur définie.In the second mode, the bypass flow path is closed and the expander is connected to the internal combustion engine. The second mode is selected when the pressure (p2) and / or the temperature (T2) of the service fluid downstream from the expander (22) exceeds a defined value.

Cette solution n'est pas satisfaisante car elle propose de mettre en œuvre un dispositif de commande extérieur à la machine, ce qui ne permet pas d'optimiser les échanges thermiques des organes internes, notamment de l'admission avec le fluide.This solution is not satisfactory because it proposes to implement a control device external to the machine, which does not make it possible to optimize the heat exchanges of the internal organs, in particular of the admission with the fluid.

Un autre brevet EP2886806 décrit une autre solution connue de turbomachine comportant une turbine disposée dans un logement, qui peut être sollicitée avec un fluide de travail chaud, caractérisée en ce que au moins un canal de dérivation s'étendant en totalité à l'intérieur du logement et entourant la turbine est prévu afin de chauffer le logement par l'intermédiaire du fluide de travail.Another patent EP2886806 describes another known turbomachine solution comprising a turbine disposed in a housing, which can be stressed with a hot working fluid, characterized in that at least one bypass channel extending entirely inside the housing and surrounding the turbine is provided to heat the housing via the working fluid.

Inconvénients de l'art antérieurDisadvantages of the prior art

Les solutions de l'art antérieur prévoient l'utilisation de vannes à trois voies, qui sont coûteuses pour des applications de circulation de fluides à haute température et haute pression, et qui sont en outre corrosifs (généralement de l'éthanol).The solutions of the prior art provide for the use of three-way valves, which are expensive for applications of circulation of fluids at high temperature and high pressure, and which are also corrosive (generally ethanol).

Par ailleurs, ces solutions ne permettent pas d'assurer un réchauffage adéquat de la branche en aval de la vanne, comprise entre la vanne et la culasse. Cette partie de la machine de détente n'est réchauffée que par conduction thermique.Furthermore, these solutions do not allow adequate heating of the branch downstream of the valve, between the valve and the cylinder head. This part of the expansion machine is only heated by thermal conduction.

Solution apportée par l'inventionSolution provided by the invention

La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en permettant l'utilisation d'une vanne à deux voies seulement, et surtout assurant une mise en température optimale de toutes les parties de la machine thermique, notamment lors de la phase de démarrage.The present invention aims to remedy the drawbacks of the prior art by allowing the use of a two-way valve only, and above all ensuring optimum temperature setting of all the parts of the thermal machine, especially during the phase of start-up.

L'invention permet aussi de simplifier le circuit de réchauffage, ce qui permet d'en réduire l'encombrement.The invention also makes it possible to simplify the heating circuit, which makes it possible to reduce its size.

A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale une machine de détente comportant une zone d'admission présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué par un composant principal en phase gazeuse en régime de fonctionnement nominal chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide, • ladite zone d'admission étant reliée à une zone d'expansion, • ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d'échappement caractérisée en ce que • ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission alimentée directement par le fluide de travail sous pression, • ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion, pour former un moyen de préchauffe • ladite zone d'admission présentant :To this end, the invention relates, in its most general sense, to an expansion machine comprising an intake zone having an intake orifice for a working fluid under pressure, said fluid being constituted by a main component in the gaseous phase. in nominal operating conditions loaded with a lubricant component in the liquid phase, • said intake zone being connected to an expansion zone, • said machine further comprising a bypass circuit controlled by a valve for connecting a high pressure zone and an exhaust zone characterized in that • said high pressure zone is constituted by the intake zone supplied directly by the working fluid under pressure, • said bypass circuit being in contact with the zone expansion to ensure thermal transfer between the working fluid circulating in said bypass circuit and the working fluid contained in said zone expansion, to form a preheating means • said intake zone having:

o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanneo at least a first internal opening opening into an expansion zone and o a second internal opening opening into said branch circuit, controlled by said valve

Ladite vanne étant Said valve being une vanne a valve à deux together voies way disposée disposed entre Between ladite seconde said second ouverture opening interne internal de of ladite said zone zoned d'admission admission et and ledit circuit de said circuit of : dérivation, : derivation, pour for commander, order, lorsque ladite when said vanne valve est East ouverte, opened, une a circulation traffic dudit said fluide de fluid of travail job entre Between ladite said sortie exit interne de internal of ladite said zone d'admission admission area et ledit circuit de and said circuit of

dérivation et de préchauffe.bypass and preheat.

Selon des premières variantes :According to first variants:

ladite vanne said valve est East une vanne a valve à at deux of them voies way à at commande ordered proportionnelle. proportional. ladite vanne said valve est East une vanne a valve à at deux of them voies way à at commande ordered par impulsions. by pulses. Ces variantes These variants présentent un present a effet effect technique technical

permettant la régulation lorsque la pression d'admission est maximale sans perte de rendement, et le démarrage (à pression d'admission Padm intermédiaire), l'arrêt (Padm mini) et la régulation de surchauffe de manière plus robuste.allowing regulation when the inlet pressure is maximum without loss of efficiency, and starting (at intermediate Padm inlet pressure), stopping (mini Padm) and overheating regulation more robustly.

De préférence, ledit circuit de dérivation et de préchauffe constitue, lorsque ladite vanne est fermée, un moyen d'isolation thermique de ladite zone d'expansion.Preferably, said bypass and preheating circuit constitutes, when said valve is closed, a means of thermal insulation of said expansion zone.

Avantageusement, ladite machine est une machine à pistons et ladite zone d'expansion comprend au moins un cylindre.Advantageously, said machine is a piston machine and said expansion zone comprises at least one cylinder.

Selon d'autres variantes non exclusives les unes des autres,According to other variants which are not mutually exclusive,

- ledit cylindre contient une chemise délimitant un espace annulaire avec la paroi dudit cylindre, ledit moyen de préchauffe comprenant ledit espace annulaire.- Said cylinder contains a jacket defining an annular space with the wall of said cylinder, said preheating means comprising said annular space.

ledit piston contient un moyen d'isolation thermique.said piston contains a means of thermal insulation.

la machine comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission et ladite zone d'échappement.the machine comprises a thermal insulation means disposed between said intake zone and said exhaust zone.

la machine comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission et ladite zone d'expansion.the machine comprises a thermal insulation means disposed between said intake zone and said expansion zone.

- ledit moyen d'isolation thermique est constitué par un matériau d'isolation.- Said thermal insulation means consists of an insulation material.

- ledit moyen d'isolation est constitué par un espace creux communiquant avec ladite zone d'échappement par des orifices.- Said isolation means is constituted by a hollow space communicating with said exhaust zone through orifices.

ladite chemise est fermée frontalement, la cloison de fermeture frontale présentant au moins un orifice d'admission et/ou d'échappement, ledit moyen d'isolation étant défini entre ladite cloison de fermeture frontale et la culasse.said jacket is closed frontally, the front closing partition having at least one inlet and / or exhaust orifice, said insulation means being defined between said front closing partition and the cylinder head.

L'invention concerne aussi un système de récupération d'énergie thermique comprenant au moins un évaporateur, au moins un condenseur, au moins une pompe et une machine de détente comportant une zone d'admission présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué, à l'admission de la machine de détente en régime de fonctionnement nominal, par un composant principal en phase gazeuse chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide, • ladite zone d'admission étant reliée à une zone d'expansion, • ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d'échappement caractérisée en ce que • ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission alimentée directement par le fluide de travail sous pression, • ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion, pour former un moyen de préchauffe • ladite zone d'admission présentant :The invention also relates to a system for recovering thermal energy comprising at least one evaporator, at least one condenser, at least one pump and an expansion machine comprising an intake zone having a fluid intake inlet. working under pressure, said fluid being constituted, at the intake of the expansion machine in nominal operating conditions, by a main component in the gas phase loaded with a lubricant component in the liquid phase, • said intake zone being connected to a expansion zone, • said machine further comprising a bypass circuit controlled by a valve for bringing together a high pressure zone and an exhaust zone characterized in that • said high pressure zone is constituted by the intake zone supplied directly by the working fluid under pressure, • said bypass circuit being in contact with the expansion zone to ensure transfer t thermal between the working fluid circulating in said bypass circuit and the working fluid contained in said expansion zone, to form a means of preheating • said intake zone having:

o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne • Ladite vanne étant une vanne à deux voies disposée entre ladite seconde ouverture interne de ladite zone d'admission et ledit circuit de dérivation, pour commander, lorsque ladite vanne est ouverte, une circulation dudit fluide de travail entre ladite sortie interne de ladite zone d'admission et ledit circuit de dérivation et de préchauffe.o at least one first internal opening opening into an expansion zone and o a second internal opening opening into said branch circuit, controlled by said valve • Said valve being a two-way valve disposed between said second internal opening of said zone intake and said bypass circuit, to control, when said valve is open, a circulation of said working fluid between said internal outlet of said intake zone and said bypass and preheating circuit.

L'invention concerne également un procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente comportant une zone d'admission présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, • ladite zone d'admission étant reliée à une zone d'expansion, • ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission et une zone d'échappement,The invention also relates to a method for controlling the operation of an expansion machine comprising an intake zone having an orifice for admitting a working fluid in the gaseous state under pressure, • said intake zone being connected to an expansion zone, • said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone and an exhaust zone,

Caractérisée en ce que • l'on commande, lorsque la température de la machine de détente est inférieure à une valeur seuil variable en fonction de la pression, le passage en mode ouvert d'une vanne à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour assurer une circulation dudit fluide de travail entre une sortie de ladite zone d'admission et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, afin de purger la zone d'expansion du fluide de travail en phase liquide et déposer un film de lubrifiant sur les parties mobiles.Characterized in that • when the temperature of the expansion machine is lower than a variable threshold value depending on the pressure, it is controlled to switch to open mode of a two-way valve arranged between an outlet from said zone inlet and said bypass and preheating duct, to ensure circulation of said working fluid between an outlet of said intake zone and said bypass and preheating duct, in order to purge the expansion zone of the working fluid in the liquid phase and deposit a film of lubricant on the moving parts.

Selon des variantes du procédé, il comporte en outre les caractéristiques suivantes :According to variants of the method, it also has the following characteristics:

d'admission préchauffe, on commande, lorsque la pression du fluide de travail en admission de la machine de détente est supérieure à une valeur seuil, le passage en mode ouvert d'une vanne à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone et ledit conduit de dérivation et de pour abaisser la pression d'admission du fluide de travail.when the inlet working pressure in the expansion machine is higher than a threshold value, the passage in open mode of a two-way valve arranged between an outlet from said zone and said inlet bypass duct and to lower the inlet pressure of the working fluid.

on commande, lors du passage en mode « arrêt » du système comprenant ladite machine de détente, le passage en mode ouvert d'une vanne à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour abaisser le ratio de pression entre l'admission et l'échappement.when the system comprising said expansion machine goes into “stop” mode, the passage of an open two-way valve disposed between an outlet of said intake zone and said bypass and preheating duct is switched to open mode, to lower the pressure ratio between intake and exhaust.

on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'admission, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode ouvert d'une vanne à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admission.when the difference between the temperature of the working fluid and the saturation temperature at the pressure of the working fluid, measured at the inlet, is controlled to be less than a threshold value for a duration greater than a reference duration, the passage in open mode of a two-way valve disposed between an outlet of said intake zone and said a bypass and preheating conduit, to reduce the pressure of the working fluid in the intake zone.

• on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'échappement, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode ouvert d'une vanne à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admission.• when the difference between the temperature of the working fluid and the saturation temperature at the pressure of the working fluid, measured at the exhaust, is controlled to be less than a threshold value for a duration greater than a reference duration, passage in open mode of a two-way valve disposed between an outlet of said intake zone and said a bypass and preheating conduit, to reduce the pressure of the working fluid in the intake zone.

Description détaillée d'un exemple non limitatif deDetailed description of a nonlimiting example of

1'invention1'invention

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :The present invention will be better understood on reading the detailed description of a nonlimiting example of the invention which follows, referring to the accompanying drawings in which:

- la figure 1 représente une vue schématique des solutions de l'art antérieur- Figure 1 shows a schematic view of the solutions of the prior art

- la figure 2 représente une vue schématique de la solution selon l'invention la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'une machine de détente à piston unique- Figure 2 shows a schematic view of the solution according to the invention Figure 3 shows a longitudinal sectional view of a first embodiment of a single piston expansion machine

- la figure 4 représente une vue éclatée d'une variante de réalisation d'une machine de détente à trois pistons- Figure 4 shows an exploded view of an alternative embodiment of a three piston expansion machine

- la figure 5 représente une vue en coupe partielle d'un deuxième exemple de réalisation d'une machine de détente à trois pistons- Figure 5 shows a partial sectional view of a second embodiment of a three-piston expansion machine

- la figure 6 représente une vue en coupe transversale du deuxième exemple de réalisation d'une machine de détente à trois pistons- Figure 6 shows a cross-sectional view of the second embodiment of a three-piston expansion machine

- les figure 7 et 8 représentent une vue isométrique extérieure et intérieure de la culasse la figure 9 représente une vue en coupe longitudinale de la machine de détente.- Figures 7 and 8 show an exterior and interior isometric view of the cylinder head; Figure 9 shows a longitudinal section view of the expansion machine.

- la figure 10 représente une vue schématique d'une troisième variante de réalisation d'une machine de détente à spirale.- Figure 10 shows a schematic view of a third alternative embodiment of a spiral expansion machine.

Présentation schématique de l'état de la techniqueSchematic presentation of the state of the art

La figure 1 représente une vue schématique d'une solution de machine de détente selon l'art antérieur.FIG. 1 represents a schematic view of an expansion machine solution according to the prior art.

Une machine de détente, au sens de la présente invention, produit un mouvement mécanique rotatif par transformation de l'énergie provenant d'un fluide de travail sous pression.An expansion machine, within the meaning of the present invention, produces a rotary mechanical movement by transformation of the energy coming from a working fluid under pressure.

La transformation est réalisée dans une ou plusieurs chambres d'expansion formant une zone d'expansion, alimentée en fluide de travail sous forme vapeur chargé de lubrifiant, provenant de la zone d'admission haute-pression et évacué par une zone d'échappement.The transformation is carried out in one or more expansion chambers forming an expansion zone, supplied with working fluid in the form of vapor charged with lubricant, coming from the high-pressure intake zone and discharged through an exhaust zone.

Par convention, on utilisera le terme de « zone d'expansion » pour désigner la zone comprenant une ou plusieurs chambres d'expansion avec des pistons, ou une vis, ou une spirale, assurant la transformation de l'énergie thermodynamique de fluide thermique en travail mécanique.By convention, the term “expansion zone” will be used to designate the zone comprising one or more expansion chambers with pistons, or a screw, or a spiral, ensuring the transformation of the thermodynamic energy of thermal fluid into mechanical work.

On utilisera par la suite indifféremment les termes de « zone d'expansion », « chambre d'expansion » ou « chambres d'expansion », l'invention ne portant pas spécifiquement sur la nature de la zone d'expansion mais sur sa maîtrise thermique.The terms "expansion zone", "expansion chamber" or "expansion chambers" will be used interchangeably, the invention not relating specifically to the nature of the expansion zone but to its control thermal.

On utilisera également par la suite indifféremment les termes de « zone d'admission » ou « chambre d'admission ».The terms “admission zone” or “admission chamber” will also be used afterwards.

Le fluide sous pression comprend un composant principal tel que l'éthanol, assurant le cycle thermodynamique, chargé avec un lubrifiant liquide pulvérisé dans la phase vapeur du composant principal. Le lubrifiant est de type polyalkylene glycol (PAG) miscible en phase liquide avec les autres composantes. La proportion de lubrifiant, en masse, est typiquement comprise entre 1 et 20% en masse.The pressurized fluid comprises a main component such as ethanol, ensuring the thermodynamic cycle, loaded with a liquid lubricant sprayed in the vapor phase of the main component. The lubricant is of the polyalkylene glycol (PAG) type, miscible in the liquid phase with the other components. The proportion of lubricant, by mass, is typically between 1 and 20% by mass.

Ce fluide de travail peut en outre comporter des composants tels que de l'eau, dans une proportion comprise entre 0 et 20% en masse et éventuellement des additifs pour dénaturer l'éthanol, par exemple de 1'euro-dénaturant (nom commercial), ou un alcane, ou une cétone dans des proportions comprises entre 1 et 10% en masse. Le mélange de ces liquides est monophasique, les différents constituants se mélangeant parfaitement.This working fluid can also comprise components such as water, in a proportion of between 0 and 20% by mass and possibly additives for denaturing ethanol, for example eurodenaturant (trade name). , or an alkane, or a ketone in proportions of between 1 and 10% by mass. The mixture of these liquids is monophasic, the different constituents mixing perfectly.

La composition de ce fluide de travail est variable, mais contient toujours un lubrifiant, dont la température de dégradation est élevée et supérieure à la température d'évaporation des autres composantes.The composition of this working fluid is variable, but always contains a lubricant, whose degradation temperature is high and higher than the evaporation temperature of the other components.

En fonctionnement nominal, la machine de détente fonctionne selon le principe général de l'étape de détente d'un cycle de Rankine ou de Hirn.In nominal operation, the expansion machine operates according to the general principle of the expansion step of a Rankine or Hirn cycle.

A l'arrêt, le fluide de travail remplit les cavités de la machine de détente sous forme d'une phase liquide, sans phase vapeur, afin d'éviter des conditions de dépression par rapport à la pression atmosphérique qui conduiraient sur le long terme à la pénétration d'air et donc d'oxygène dans le circuit.When stopped, the working fluid fills the cavities of the expansion machine in the form of a liquid phase, without vapor phase, in order to avoid vacuum conditions relative to atmospheric pressure which would lead in the long term to the penetration of air and therefore oxygen into the circuit.

Le passage de cette dernière situation à un mode de fonctionnement nominal constitue une phase transitoire critique, car le fonctionnement nominal est incompatible avec une situation où :The transition from this latter situation to a nominal operating mode constitutes a critical transient phase, since nominal operation is incompatible with a situation where:

a) la zone d'expansion est remplie d'une phase exclusivement liquide,a) the expansion zone is filled with an exclusively liquid phase,

b) la phase liquide présente dans la machine de détente est pauvre en lubrifiant. En effet, en phase « chaude », le lubrifiant est le seul composant restant en phase liquide et assure donc sa fonction de graissage. Par contre, en phase « froide », les autres constituants sont également en phase liquide et viennent de ce fait diluer le lubrifiant, et réduire très significativement sa capacité de graissage. La dilution est typiquement d'un facteur 5 à 100.b) the liquid phase present in the expansion machine is poor in lubricant. In fact, in the “hot” phase, the lubricant is the only component remaining in the liquid phase and therefore performs its lubrication function. On the other hand, in the "cold" phase, the other constituents are also in the liquid phase and thereby dilute the lubricant, and very significantly reduce its lubrication capacity. The dilution is typically by a factor of 5 to 100.

Dans la suite de cette description, on entendra par « fonctionnement nominal», la situation dans laquelle la machine est en rotation, sous l'action du fluide de travail en phase gazeuse sous pression injecté dans la zone d'expansion pour provoquer le déplacement des pistons ou la rotation d'une vis ou d'une spirale.In the remainder of this description, the term “nominal operation” will be understood to mean the situation in which the machine is in rotation, under the action of the working gas phase under pressure injected into the expansion zone to cause the displacement of the pistons or the rotation of a screw or a spiral.

On entendra par « fonctionnement atypique » des situations particulières et transitoires :“Atypical functioning” will be understood to mean special and transient situations:

a) l'étape de démarrage de la machine passant de l'arrêt à la mise en mouvementa) the start-up stage of the machine passing from stopping to setting in motion

b) l'étape d'arrêt de la machine passant à l'inverse du fonctionnement nominal à 1'arrêtb) the step of stopping the machine passing in reverse from nominal operation to stopping

c) les situations de température et de pression du fluide de travail inappropriées avec un fonctionnement nominal.c) unsuitable working fluid temperature and pressure situations with nominal operation.

L'invention concerne la maîtrise de ces trois régimes de fonctionnement atypiques de la machine de détente par un seul et même moyen :The invention relates to the control of these three atypical operating regimes of the expansion machine by one and the same means:

a) la phase de démarrage d'une telle machine de détente, nécessitant une purge du fluide de travail en phase liquide contenu dans les cavités de la machine, notamment dans la zone d'expansion, et un graissage des organes mobiles internes. A l'arrêt, les chambres de la machine de détente sont remplies de liquide, à savoir le fluide de travail en phase liquide constitué par un mélange d'eau (éventuellement), d'éthanol, d'un dénaturant et d'un lubrifiant. La composition de ce fluide de travail est variable, mais contient toujours un lubrifiant, dont la température de dégradation est élevée et supérieure à la température d'évaporation des autres composantes.a) the start-up phase of such an expansion machine, requiring a purge of the working fluid in the liquid phase contained in the cavities of the machine, in particular in the expansion zone, and lubrication of the internal movable members. When stopped, the chambers of the expansion machine are filled with liquid, namely the working fluid in the liquid phase consisting of a mixture of water (possibly), ethanol, a denaturant and a lubricant. . The composition of this working fluid is variable, but always contains a lubricant, whose degradation temperature is high and higher than the evaporation temperature of the other components.

Ce liquide est incompressible, et empêche le mouvement normal des pistons. Par ailleurs, ce liquide est peu lubrifiant, le lubrifiant étant fortement dilué, et le démarrage de la machine se ferait dans des conditions de frottement et d'usure défavorables.This liquid is incompressible, and prevents the normal movement of the pistons. Furthermore, this liquid is not very lubricating, the lubricant being highly diluted, and the machine would start up under unfavorable friction and wear conditions.

Le mélange de liquide est monophasique, les différents constituants se mélangeant parfaitement. Pour permettre de concentrer la composante « lubrifiant », il est nécessaire d'évaporer les autres composants (eau, éthanol et dénaturant), par un chauffage à une température supérieure à la température d'évaporation de ces trois autres composants, et inférieure à la température de décomposition du lubrifiant.The liquid mixture is monophasic, the different constituents mixing perfectly. To allow the “lubricant” component to be concentrated, it is necessary to evaporate the other components (water, ethanol and denaturant), by heating to a temperature above the evaporation temperature of these three other components, and below the decomposition temperature of the lubricant.

Ce chauffage doit préférentiellement se produire dans les zones les plus proches de la zone d'expansion afin de favoriser l'évacuation des composants eau, éthanol et dénaturant, et de favoriser le dépôt du lubrifiant à la surface de la zone d'expansion, après séparation du fait du chauffage.This heating should preferably take place in the areas closest to the expansion area in order to promote the evacuation of the water, ethanol and denaturing components, and to promote the deposition of the lubricant on the surface of the expansion area, after separation due to heating.

II serait très préjudiciable de démarrer la machine de détente avant d'avoir purgé le liquide et déposé un film d'huile sur les pièces mobiles. La première fonction de la solution proposée par l'invention est donc d'améliorer le chauffage au plus près de la zone d'expansion du liquide y stagnant avant le démarrage.It would be very detrimental to start the expansion machine before having purged the liquid and deposited a film of oil on the moving parts. The first function of the solution proposed by the invention is therefore to improve the heating as close as possible to the zone of expansion of the liquid stagnating there before starting.

b) l'arrêt de la machine de détente : lorsque l'on souhaite provoquer 1'arrêt de la machine de détente avant 1'arrêt naturel résultant du ratio de la pression d'admission sur la pression d'échappement inférieur à une valeur seuil, le moyen permet d'abaisser la pression d'admission et de ce fait baisser ce ratio. Cette valeur-seuil est par exemple un ratio de 5.b) the shutdown of the expansion machine: when it is desired to cause the shutdown of the expansion machine before the natural shutdown resulting from the ratio of the intake pressure to the exhaust pressure below a threshold value , the means makes it possible to lower the intake pressure and thereby lower this ratio. This threshold value is for example a ratio of 5.

Alternativement il peut être souhaitable d'annuler la production de travail mécanique de la machine de détente (en particulier en cas d'arrêt du véhicule) sans nécessairement provoquer l'arrêt de la rotation de celleci, le moyen permet de réduire le ratio de pression à une valeur adéquate, en particulier si la vanne 2 voies est de type proportionnelle ou régulée par impulsionsAlternatively it may be desirable to cancel the production of mechanical work of the expansion machine (in particular in the event of the vehicle stopping) without necessarily causing the rotation of the latter to stop, the means making it possible to reduce the pressure ratio to an adequate value, in particular if the 2-way valve is of the proportional or pulse-controlled type

c) le filtrage des conditions d'admission ou d'échappement du fluide travail en dehors de leur plage nominale, par exemple en cas de pression dépassant une valeur seuil ou de surchauffe insuffisante. Une surchauffe insuffisante peut correspondre par exemple à une différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée seuil. Une valeur seuil de surchauffe insuffisante est par exemple de 5°K pendant 30 secondes.)c) filtering the intake or exhaust conditions of the working fluid outside their nominal range, for example in the event of pressure exceeding a threshold value or insufficient overheating. Insufficient overheating may correspond, for example, to a difference between the temperature of the working fluid and the saturation temperature at the pressure of the working fluid less than a threshold value for a duration greater than a threshold duration. An insufficient overheating threshold value is for example 5 ° K for 30 seconds.)

Dans l'art antérieur, on a proposé de répondre à ces trois objectifs par des solutions illustrées schématiquement par la figure 1, avec une vanne à trois voies (90) extérieure à la machine de détente (0). Cette vanne à trois voies (90) est placée entre l'arrivée (21) du fluide de travail et l'admission (20) de la machine de détente (0).In the prior art, it has been proposed to meet these three objectives with solutions illustrated diagrammatically in FIG. 1, with a three-way valve (90) external to the expansion machine (0). This three-way valve (90) is placed between the inlet (21) of the working fluid and the inlet (20) of the expansion machine (0).

Cette vanne (90) commande, selon sa position : a) la transmission directe du fluide de travail provenant de l'arrivée (21) vers l'orifice d'admission (20) débouchant dans la zone d'admission (22) de la machine de détente (0) .This valve (90) controls, depending on its position: a) the direct transmission of the working fluid from the inlet (21) to the intake port (20) opening into the intake zone (22) of the expansion machine (0).

b) la transmission de tout ou partie du fluide de travail provenant de l'arrivée (21) vers un moyen de chauffage (15) .b) the transmission of all or part of the working fluid from the inlet (21) to a heating means (15).

Cette configuration ne permet pas de vider correctement et rapidement la branche (23) comprise entre la vanne (90) et la zone d'admission à haute-pression (22) de la machine de détente (0).This configuration does not allow the branch (23) between the valve (90) and the high-pressure intake zone (22) of the expansion machine (0) to be emptied correctly and quickly.

Cette branche (23) est donc une zone « morte » qui engendre un temps de préchauffage important.This branch (23) is therefore a "dead" zone which generates a significant preheating time.

Présentation schématique de 1'inventionSchematic presentation of the invention

L'invention est décrite de manière schématique en référence à la figure 2.The invention is described schematically with reference to FIG. 2.

Une des différences importantes est le fait que la vanne (9) présente deux caractéristiques particulières :One of the important differences is the fact that the valve (9) has two particular characteristics:

a) il s'agit d'une vanne à deux voies et non pas d'une vanne à trois voiesa) it is a two-way valve and not a three-way valve

b) cette vanne est positionnée à l'intérieur de la machine de détente, sur une sortie interne de la zone d'admission haute-pression.b) this valve is positioned inside the expansion machine, on an internal outlet of the high-pressure intake zone.

Elle peut être positionnée dans le couvre-culasse ou à l'interface entre la chambre d'admission haute-pression (22) et le moyen de préchauffe (15) relié à la zone d ' échappement.It can be positioned in the cylinder head cover or at the interface between the high-pressure intake chamber (22) and the preheating means (15) connected to the exhaust zone.

A titre avantageux, la vanne à deux voies (9) est une vanne fabriquée par la société Schrader.Advantageously, the two-way valve (9) is a valve manufactured by the company Schrader.

Cette configuration permet d'assurer en toute circonstance un balayage de la zone d'admission haute-pression par le fluide de travail, aussi bien lorsque la vanne est en position ouverte que lorsqu'elle est en position fermée, contrairement aux solutions de l'art antérieur où cette zone d'admission haute-pression n'est balayée par le fluide de travail que lorsque la vanne est en position de fonctionnement nominal.This configuration makes it possible in all circumstances to ensure a sweeping of the high-pressure intake zone by the working fluid, both when the valve is in the open position and when it is in the closed position, unlike the solutions of the prior art where this high-pressure inlet zone is scanned by the working fluid only when the valve is in the nominal operating position.

La vanne (9) présente deux positions :The valve (9) has two positions:

a) une position fermée, correspondant au fonctionnement nominal de la machine de détente, où le fluide de travail circule à l'intérieur de la machine de détente depuis la zone d'admission (22) jusqu'à l'échappement (32) en passant par la zone d'expansion (25)a) a closed position, corresponding to the nominal operation of the expansion machine, where the working fluid circulates inside the expansion machine from the intake zone (22) to the exhaust (32) in passing through the expansion zone (25)

b) une position ouverte, correspondant aux trois situations atypiques susvisées, où le fluide de travail traverse d'abord la chambre d'admission (22), pour déboucher ensuite :b) an open position, corresponding to the three above-mentioned atypical situations, where the working fluid first passes through the intake chamber (22), to then open:

dans un circuit de dérivation comprenant les moyens de préchauffe (15) et qui met en liaison la zone d'admission (22) et la zone d'échappement (32) sans passer par la zone d'expansion (25), en phase de démarrage où la machine est à 1'arrêt et ne tourne pas dans la zone d'expansion débouchant dans la zone d'échappement (32) et dans le circuit de dérivation, dans les deux autres situations, où la machine est en fonctionnement.in a bypass circuit comprising the preheating means (15) and which connects the intake zone (22) and the exhaust zone (32) without passing through the expansion zone (25), in the phase of starting where the machine is stopped and does not rotate in the expansion zone opening into the exhaust zone (32) and in the bypass circuit, in the two other situations, where the machine is in operation.

Architecture générale d'une solution à piston uniqueGeneral architecture of a single piston solution

La figure 3 représente une vue d'un premier exemple de mise en œuvre d'une machine de détente à piston unique.Figure 3 shows a view of a first example of implementation of a single piston expansion machine.

Elle présente une zone d'admission (22) s'ouvrant dans l'enveloppe extérieure (10) par un orifice d'admission (20).It has an intake area (22) opening into the outer casing (10) through an intake port (20).

A l'intérieur de la machine de détente, la chambre d'admission (22) présente deux sorties :Inside the expansion machine, the intake chamber (22) has two outlets:

a) une première sortie (24) débouchant dans la zone d'expansion (25) à volume variable défini par un moyen mobile, par exemple un piston (13) dans l'exemple décrit. L'invention n'est pas limitée à un moyen mobile formé par un piston. Le moyen mobile peut aussi être constitué par une vis ou une spirale.a) a first outlet (24) opening into the variable-volume expansion zone (25) defined by a movable means, for example a piston (13) in the example described. The invention is not limited to a mobile means formed by a piston. The mobile means can also be constituted by a screw or a spiral.

b) une deuxième sortie interne (14) débouchant dans les moyens de préchauffe décrit ci-après.b) a second internal outlet (14) opening into the preheating means described below.

La première sortie (24) est toujours ouverte dans le cas où le moyen mobile est une vis ou une spirale. Dans le cas d'une machine à piston, la première sortie (24) est commandée par le système d'admission, qui ouvre et ferme alternativement la sortie (24) en fonction de la position du piston. Lorsque la machine de détente est à l'arrêt, la première sortie (24) est dans une situation quelconque, dépendant de la position du piston au moment de son arrêt. La première sortie (24) peut donc aussi bien être en position ouverte, en position fermée ou en position intermédiaire. En tout état de cause, l'état de la première sortie interne (24), à l'arrêt de la machine de détente, n'est pas commandé et est uniquement défini par la dernière position du piston.The first outlet (24) is always open in the case where the mobile means is a screw or a spiral. In the case of a piston machine, the first outlet (24) is controlled by the intake system, which alternately opens and closes the outlet (24) depending on the position of the piston. When the expansion machine is stopped, the first outlet (24) is in any situation, depending on the position of the piston when it stops. The first outlet (24) can therefore also be in the open position, in the closed position or in the intermediate position. In any event, the state of the first internal output (24), when the expansion machine stops, is not controlled and is only defined by the last position of the piston.

La deuxième sortie interne (14) est associée à une vanne (9) commandée par un signal extérieur en fonction de l'état de la machine de détente, l'état du cycle de Rankine, notamment les conditions d'admission de la vapeur, et d'une commande extérieure d'arrêt de la machine de détente.The second internal output (14) is associated with a valve (9) controlled by an external signal as a function of the state of the expansion machine, the state of the Rankine cycle, in particular the conditions for admission of steam, and an external control for stopping the expansion machine.

On entend par « sortie interne » au sens du présent brevet un passage assurant une communication entre deux zones internes de la machine de détente, et ne débouchant pas à 1'extérieur de la machine de détente.For the purposes of the present patent, the term “internal outlet” means a passage ensuring communication between two internal zones of the expansion machine, and not opening out to the exterior of the expansion machine.

En fonctionnement nominal, la deuxième sortie interne (14) est fermée par la vanne (9).In nominal operation, the second internal output (14) is closed by the valve (9).

Dans les trois cas de fonctionnement atypique susvisés, la vanne (9) est passante pour ouvrir la deuxième sortie interne (14) et permettre le passage du fluide de travail depuis la chambre d'admission (22) jusqu'aux moyens de préchauffe (15).In the three aforementioned atypical operating cases, the valve (9) is open to open the second internal outlet (14) and allow the passage of the working fluid from the intake chamber (22) to the preheating means (15 ).

Dans la suite de la description, on utilisera indifféremment le terme de « moyens de préchauffe », « moyens de préchauffage », « moyens de chauffage », « circuit de dérivation et de préchauffe » ou « circuit de dérivation » ; il s'agit dans tous les cas d'un circuit de circulation du fluide de travail, lorsque la vanne est ouverte, entre la zone d'admission et la zone d'échappement avec un échange thermique avec la zone d'expansion.In the following description, the term “preheating means”, “preheating means”, “heating means”, “bypass and preheating circuit” or “bypass circuit” will be used interchangeably; in all cases, this is a circulation circuit for the working fluid, when the valve is open, between the intake zone and the exhaust zone with a heat exchange with the expansion zone.

Ces moyens de préchauffage (15) sont constitués de passages du fluide de travail autour de la chambre d'expansion (25), pour permettre le réchauffage de la chemise de piston, le cas échéant, et surtout du fluide de travail stagnant ou contenu dans la chambre d'expansion (25). Ils débouchent dans la zone d'échappement (32). Ils peuvent être constitués par des alésages ou des usinages annulaires formés dans la culasse ou dans la chemise, et des perçages reliant ces alésages et usinages.These preheating means (15) consist of passages of the working fluid around the expansion chamber (25), to allow the heating of the piston jacket, if necessary, and especially of the working fluid stagnant or contained in the expansion chamber (25). They open into the exhaust zone (32). They can be constituted by bores or annular machining operations formed in the cylinder head or in the jacket, and bores connecting these bores and machining operations.

Ces moyens de préchauffage (15) sont particulièrement efficients lorsque la machine est en phase atypique de démarrage pour chauffer la zone d'expansion.These preheating means (15) are particularly efficient when the machine is in the atypical start-up phase to heat the expansion zone.

Lorsque la machine est en fonctionnement, l'échange thermique n'est pas un effet recherché, et la fonction de ce circuit est alors principalement de dériver une partie du fluide de travail pour abaisser la pression dans la chambre d'admission.When the machine is in operation, heat exchange is not a desired effect, and the function of this circuit is then mainly to derive part of the working fluid to lower the pressure in the intake chamber.

Par ailleurs, les moyens de préchauffage (15) forment une zone d'isolation thermique de la zone d'expansion (25) par rapport à la zone d'échappement (32), et éventuellement par rapport à l'extérieur, lorsque la vanne (9) est en position fermée. Cette isolation thermique est obtenue par la lame de gaz statique à 1 ' intérieur des moyens de préchauffe, lorsqu'ils ne sont pas traversés par le fluide de travail.Furthermore, the preheating means (15) form a thermal insulation zone of the expansion zone (25) with respect to the exhaust zone (32), and possibly with respect to the outside, when the valve (9) is in the closed position. This thermal insulation is obtained by the static gas blade inside the preheating means, when they are not traversed by the working fluid.

Architecture générale d'une solution à trois pistonsGeneral architecture of a three-piston solution

La figure 4 représente une vue éclatée d'une machine à expansion selon un exemple de l'invention.Figure 4 shows an exploded view of an expansion machine according to an example of the invention.

Elle présente un corps extérieur formé de deux parties creuses complémentaires :It has an external body formed by two complementary hollow parts:

- un carter (100) - un couvre-culasse (200). - a housing (100) - a cylinder head cover (200). Ces deux These two parties parts complémentaires Additional (100, 200) (100, 200) présentent show chacune each une bride a bridle périphérique peripheral (101, 201) (101, 201) complémentaire, pour étanche par boulonnage. complementary, for waterproof by bolting. permettre to permit un assemblage an assembly de manière so

L'attelage mobile (300) est intégralement enfermé dans le volume défini par le carter (100) et le couvre-culasse (200) .The movable coupling (300) is fully enclosed in the volume defined by the casing (100) and the cylinder head cover (200).

Le carter (100) entoure la zone de la machine d'expansion qui s'étend de l'extrémité point-mort bas piston jusqu'à la sortie de l'arbre (1). Cette zone comprend notamment le plateau incliné (2) qui assure la transformation du mouvement de va-et-vient des trois pistons (400, 500) en mouvement rotatif de 1'arbre (1).The housing (100) surrounds the area of the expansion machine which extends from the bottom dead center piston end to the output of the shaft (1). This zone includes in particular the inclined plate (2) which transforms the reciprocating movement of the three pistons (400, 500) into rotary movement of the shaft (1).

Le couvre-culasse (200) entoure la zone de la machine d'expansion qui s'étend depuis l'arrivée de vapeur dans la culasse jusqu'aux lumières d'échappement (38) prévues au point mort bas piston. Il s'agit de la partie la plus chaude de la machine à expansion.The cylinder head cover (200) surrounds the zone of the expansion machine which extends from the arrival of steam in the cylinder head to the exhaust ports (38) provided at the bottom dead center piston. It is the hottest part of the expansion machine.

L'attelage mobile (300) comprend l'arbre (1) et les organes qui lui sont rattachés :The movable coupling (300) comprises the shaft (1) and the members attached to it:

- le plateau incliné (2)- the inclined plate (2)

- les trois pistons, dont deux sont représentés sur la figure 4 (400, 500)- the three pistons, two of which are shown in Figure 4 (400, 500)

- les trois paires de patins semi-sphériques (412, 413) assurant la transmission des efforts entre les pistons (400, 500) et le plateau incliné (2)- the three pairs of semi-spherical pads (412, 413) ensuring the transmission of forces between the pistons (400, 500) and the inclined plate (2)

- les cames (5, 6) activant la distribution de vapeur- the cams (5, 6) activating the steam distribution

- les paliers, par exemple des roulements à aiguilles ou à rouleaux, et optionnellement une pompe à huile (34).- the bearings, for example needle or roller bearings, and optionally an oil pump (34).

En fonctionnement, la vapeur entre dans la culasse (800) à une température inférieure à 250°C comprise en général entre 180°C et 235°C. Cette vapeur est chargée en lubrifiant.In operation, the steam enters the cylinder head (800) at a temperature below 250 ° C generally between 180 ° C and 235 ° C. This vapor is charged with lubricant.

Le lubrifiant parcourt de manière connue tout le circuit Rankine, entraîné par le fluide de travail.The lubricant travels in a known manner throughout the Rankine circuit, driven by the working fluid.

Ce fluide de travail est par exemple composé d'un mélange Ethanol / Eau. Le pourcentage d'eau est compris entre 0 à 20% en masse, préférentiellement 4.5% de la masse (azéotrope).This working fluid is for example composed of an Ethanol / Water mixture. The percentage of water is between 0 to 20% by mass, preferably 4.5% by mass (azeotrope).

A ce mélange est ajouté un dénaturant, par exemple un alcane ou une cétone ou de 1'euro-dénaturant (mélange normalisé) entre 1% en masse et plus (euro-dénaturant 7% en volume) auquel on ajoute du lubrifiant de type polyalkylene glycol (PAG) miscible entre 1 et 20% en masse, généralement environ 10%.To this mixture is added a denaturant, for example an alkane or a ketone or of the eurodenaturant (standardized mixture) between 1% by mass and more (Euro-denaturant 7% by volume) to which polyalkylene type lubricant is added. glycol (PAG) miscible between 1 and 20% by mass, generally around 10%.

La vapeur arrive par un raccord d'entrée (20) prévu sur le couvre-culasse (200) et ressort, dans l'exemple décrit, du côté opposé par une bride d'échappement (33) prévue sur le carter ( 100).Steam arrives via an inlet connection (20) provided on the cylinder head cover (200) and exits, in the example described, on the opposite side by an exhaust flange (33) provided on the casing (100).

La vapeur circule dans la culasse (800) pour actionner les pistons (400, 500) comme il sera présenté plus en détail dans la suite de la description.Steam circulates in the cylinder head (800) to actuate the pistons (400, 500) as will be presented in more detail in the following description.

Description détaillée de la zone de préchauffeDetailed description of the preheating zone

Les figures 5 à 8 représentent des vues d'un exemple de machine de détente à trois pistons.Figures 5 to 8 show views of an example of a three piston expansion machine.

La figure 5 montre la machine de détente avec une découpe partielle permettant de visualiser le circuit de dérivation du fluide de travail.Figure 5 shows the expansion machine with a partial cutout to view the bypass circuit of the working fluid.

Dans cet exemple, le couvre-culasse (200) présente un orifice d'admission (20) débouchant dans un raccord (26) sur lequel est raccordé le conduit d'arrivée de fluide de travail sous pression. De l'autre côté, l'orifice d'admission (20) débouche dans la zone d'admission haute pression (22) formée par une chambre annulaire entourant la zone contenant les moyens de levée des soupapes, non décrit dans la présente demande.In this example, the cylinder head cover (200) has an inlet orifice (20) opening into a fitting (26) to which the working fluid inlet pipe under pressure is connected. On the other side, the intake orifice (20) opens into the high pressure intake zone (22) formed by an annular chamber surrounding the zone containing the valve lifting means, not described in the present application.

La paroi intérieure cylindrique de cette chambre annulaire formant la zone d'admission (22) est percée d'une première série de trois sorties (24) débouchant chacune dans un conduit incurvé s'ouvrant axialement dans la zone d'expansion (25). Chacun de ces premières sorties (24) est commandée par une soupape (11) présentant une partie mobile radialement.The cylindrical inner wall of this annular chamber forming the intake zone (22) is pierced with a first series of three outlets (24) each opening into a curved conduit opening axially in the expansion zone (25). Each of these first outputs (24) is controlled by a valve (11) having a radially movable part.

Ces soupapes (11) sont commandées de manière connue par une came (5) montée sur 1'arbre moteur (1) pour assurer la distribution du fluide de travail dans les chambres d'expansion.These valves (11) are controlled in a known manner by a cam (5) mounted on the motor shaft (1) to ensure the distribution of the working fluid in the expansion chambers.

La paroi extérieure cylindrique de cette chambre annulaire formant la zone d'admission (22) est percée d'une seconde sortie (14) débouchant dans un logement recevant la vanne de dérivation (9). Cette vanne (9) commande l'ouverture ou la fermeture d'un orifice (14) débouchant dans la zone haute-pression de section restreinte, 4 à 12 fois plus petite que l'orifice d'admission (20), afin de produire intentionnellement en fonctionnement en mode dérivation (par exemple pour la purge du liquide contenu dans la machine à l'arrêt) une perte de charge adéquate.The cylindrical outer wall of this annular chamber forming the intake zone (22) is pierced with a second outlet (14) opening into a housing receiving the bypass valve (9). This valve (9) controls the opening or closing of an orifice (14) opening into the high-pressure zone of restricted section, 4 to 12 times smaller than the intake orifice (20), in order to produce intentionally when operating in bypass mode (for example to drain the liquid contained in the stopped machine) an adequate pressure drop.

Le passage entre la chambre annulaire formant la zone d'admission (22) et le moyen de préchauffe est illustré sur le figure 5 par les deux flèches (46, 47), le fluide passant par l'orifice (14) puis par l'orifice (828).The passage between the annular chamber forming the intake zone (22) and the preheating means is illustrated in FIG. 5 by the two arrows (46, 47), the fluid passing through the orifice (14) then through the orifice (828).

La vanne (9) est une vanne pneumatique alimentée par l'air comprimé du système pneumatique du véhicule.The valve (9) is a pneumatic valve supplied with compressed air from the vehicle's pneumatic system.

En l'absence d'alimentation pneumatique, la vanne (9) passe automatiquement en position ouverte, ce qui commande le passage en mode d'arrêt en cas de défaillance.If there is no pneumatic supply, the valve (9) automatically switches to the open position, which switches to stop mode in the event of a failure.

En résumé, la chambre d'admission annulaire (22) reçoit le fluide de travail et le transmet :In summary, the annular inlet chamber (22) receives the working fluid and transmits it:

a) lorsque la vanne (9) est fermée, exclusivement à la zone d'expansiona) when the valve (9) is closed, exclusively in the expansion zone

b) lorsque la vanne (9) est ouverte, à la fois à la zone d'expansion et au moyen de préchauffe.b) when the valve (9) is open, both to the expansion zone and by means of preheating.

Cette chambre d'admission (22) est dans tous les cas balayée par le fluide de travail sous pression, ce qui permet d'assurer aussi bien en fonctionnement nominal que dans l'un des trois cas de fonctionnement atypique la purge de la phase liquide du fluide de travail, en évitant toute zone morte.This inlet chamber (22) is in all cases swept by the working fluid under pressure, which makes it possible to ensure both in nominal operation and in one of the three cases of atypical operation the purging of the liquid phase. working fluid, avoiding any dead zones.

Les figures 6 à 8 illustrent plus en détail la zone de préchauffe (15).Figures 6 to 8 illustrate in more detail the preheating zone (15).

Cette zone (15) est formée par un espace annulaire défini à l'extérieur par le couvre-culasse (200) et à l'intérieur par la culasse (800). A l'intérieur de cette zone annulaire (15) de préchauffe se trouve une paroi (810) s'étendant dans un plan radial et longitudinal coupant la circulation du fluide de travail.This zone (15) is formed by an annular space defined on the outside by the cylinder head cover (200) and on the inside by the cylinder head (800). Inside this annular preheating zone (15) there is a wall (810) extending in a radial and longitudinal plane cutting off the circulation of the working fluid.

Le fluide de travail pénètre dans cette chambre de préchauffe annulaire (15), d'un côté de la paroi (810) par un orifice d'entrée (828) traversant l'épaulement transversal du couvre-culasse (200), et ressort de l'autre côté de cette paroi (810), par un orifice (806), traversant le fond transversal (802) coté échappement.The working fluid enters this annular preheating chamber (15), on one side of the wall (810) through an inlet orifice (828) passing through the transverse shoulder of the cylinder head cover (200), and comes out of the other side of this wall (810), through an orifice (806), crossing the transverse bottom (802) on the exhaust side.

Le fluide de travail est forcé de parcourir un circuit entre cet orifice d'entrée (828) et cet orifice de sortie (806), contournant successivement les trois chambres d'expansion (25a, 25b, 25c), ce qui conduit à un échange thermique avec ces trois chambres d'expansion (25a, 25b, 25c).The working fluid is forced to pass through a circuit between this inlet orifice (828) and this outlet orifice (806), successively bypassing the three expansion chambers (25a, 25b, 25c), which leads to an exchange thermal with these three expansion chambers (25a, 25b, 25c).

A cet effet, chaque chambre d'expansion (25a, 25b, 25c) comprend une chemise (409, 509, 609) à l'intérieure de laquelle se déplace un piston. Ces chemises (409, 509, 609) sont insérées dans la culasse (800), avec un positionnement délimitant un espace tubulaire périphérique (418, 518, 618) fermé frontalement, à chaque extrémité.For this purpose, each expansion chamber (25a, 25b, 25c) comprises a jacket (409, 509, 609) inside which moves a piston. These shirts (409, 509, 609) are inserted into the cylinder head (800), with a positioning delimiting a peripheral tubular space (418, 518, 618) closed frontally, at each end.

Eventuellement, ces espaces tubulaires (418, 518, 618) présentent des perçages (824, 825, 826) radiaux par rapport à l'axe des cylindres, et inclinés vers le bas de la machine de détente lorsqu'elle est monté sur le moteur à combustion à interne. Ces perçages inclinés (824, 825, 826) permettent l'évacuation gravitaire des résidus liquide en fonctionnement nominal et de conserver une fonction d'isolation thermique grâce à une lame de gaz statique emplissant les espaces tubulaires (418, 518, 618).Optionally, these tubular spaces (418, 518, 618) have holes (824, 825, 826) radial relative to the axis of the cylinders, and inclined towards the bottom of the expansion machine when it is mounted on the engine. internal combustion. These inclined bores (824, 825, 826) allow the gravitational evacuation of the liquid residues in nominal operation and maintain a thermal insulation function thanks to a static gas blade filling the tubular spaces (418, 518, 618).

Ces espaces tubulaires (418, 518, 618) forment une partie de la chambre de préchauffe annulaire (15). Le fluide de travail pénètre dans le premier espace tubulaire (418) par une lumière radiale (419a) orientée en direction de l'orifice d'entrée (828), et ressort par une lumière radiale diamétralement opposé (419b).These tubular spaces (418, 518, 618) form part of the annular preheating chamber (15). The working fluid enters the first tubular space (418) by a radial lumen (419a) oriented towards the inlet orifice (828), and exits by a diametrically opposite radial lumen (419b).

Le fluide de travail poursuit ensuite son parcours pour pénétrer dans le deuxième espace tubulaire (518) par une lumière radiale (519a) orientée en direction de la lumière radiale (419b) de l'espace annulaire (418) précédent, et ressort par une lumière radiale diamétralement opposée (519b).The working fluid then continues its course to enter the second tubular space (518) by a radial lumen (519a) oriented in the direction of the radial lumen (419b) of the preceding annular space (418), and exits by a lumen diametrically opposite radial (519b).

Le fluide de travail poursuit ensuite son parcours pour pénétrer dans le troisième espace tubulaire (618) par une lumière radiale (619a) orientée en direction de la lumière radiale (519b) de l'espace annulaire (518) précédent, et ressort par une lumière radiale diamétralement opposée (619b) dirigée vers l'orifice de sortie (806).The working fluid then continues its course to enter the third tubular space (618) by a radial lumen (619a) oriented in the direction of the radial lumen (519b) of the preceding annular space (518), and exits by a lumen diametrically opposite radial (619b) directed towards the outlet orifice (806).

Ainsi, le fluide de travail traverse successivement, en mode de fonctionnement de dérivation, les trois espaces annulaires (418, 518, 618) entourant les chambres d'expansion, et assure le réchauffage du fluide de travail stagnant en phase liquide dans ces chambres d'expansion jusqu'à l'évaporation des composants éthanol, eau et dénaturant, ce qui permet leur évacuation et permet au composant lubrifiant de retrouver une concentration suffisante pour assurer le graissage des parties mobiles.Thus, the working fluid passes successively, in bypass operating mode, the three annular spaces (418, 518, 618) surrounding the expansion chambers, and ensures the heating of the working fluid stagnating in liquid phase in these chambers d expansion until the evaporation of the ethanol, water and denaturing components, which allows their evacuation and allows the lubricating component to regain sufficient concentration to ensure the lubrication of the moving parts.

A la sortie de cette chambre de préchauffe annulaire (15), le fluide de travail pénètre dans la zone d'échappement (32) qui est remplie de fluide de travail en phase liquide lors du démarrage. Le fluide de travail issu de la chambre de préchauffe annulaire (15) est ainsi injecté dans la zone d'échappement (32) et chasse la phase liquide du fluide de travail. Le composant lubrifiant apporté par le fluide de travail assure la fonction de graissage du plateau (2) et des organes mobiles qui avaient été lessivés par la phase liquide qui remplissait auparavant la zone d'échappement (32).At the outlet of this annular preheating chamber (15), the working fluid enters the exhaust zone (32) which is filled with working fluid in the liquid phase during start-up. The working fluid from the annular preheating chamber (15) is thus injected into the exhaust zone (32) and drives out the liquid phase of the working fluid. The lubricant component provided by the working fluid performs the lubrication function of the plate (2) and of the moving parts which had been washed out by the liquid phase which previously filled the exhaust zone (32).

Enfin, le fluide de travail achève son circuit par une évacuation par l'intermédiaire d'un orifice (33).Finally, the working fluid ends its circuit by an evacuation via an orifice (33).

Description détaillée de la culasse.Detailed description of the cylinder head.

La description détaillée de la culasse est illustrée par la figure 7 et par la figure 8.The detailed description of the cylinder head is illustrated in FIG. 7 and in FIG. 8.

La culasse (800) est réalisée par moulage d'une fonte à graphite sphéroïdal, usinage puis traitement de surface par nitruration dans un bain de sels avec une étape additionnelle d'oxydation.The cylinder head (800) is produced by molding a spheroidal graphite cast iron, machining and then surface treatment by nitriding in a salt bath with an additional oxidation step.

La culasse (800) présente trois cavités (414, 514, 614) dans lesquelles viennent s'insérer les chemises tubulaires (409, 509, 609) ouvertes aux deux extrémités frontales. Les cavités (414, 514, 614) sont borgnes, chacune présentant deux orifices, à savoir un orifice d'échappement oblong (415, 515, 615) et un orifice d'admission (416, 516, 616) .The cylinder head (800) has three cavities (414, 514, 614) into which are inserted the tubular liners (409, 509, 609) open at the two front ends. The cavities (414, 514, 614) are blind, each having two orifices, namely an oblong exhaust orifice (415, 515, 615) and an intake orifice (416, 516, 616).

Un joint plat (417) visible sur les figures 3 et 9 assure l'étanchéité entre la surface frontale de la chemise (409) et le fond de la cavité (414).A flat seal (417) visible in Figures 3 and 9 seals between the front surface of the jacket (409) and the bottom of the cavity (414).

La chemise (409) présente une gorge annulaire (418) permettant de définir, avec la paroi intérieure de la cavité (414) un espace annulaire formant une isolation thermique. Optionnellement, cet espace peut être parcouru par un flux de vapeur chaude.The jacket (409) has an annular groove (418) making it possible to define, with the interior wall of the cavity (414), an annular space forming thermal insulation. Optionally, this space can be traversed by a flow of hot steam.

A cet effet, les cavités (414, 514, 614) présentent une première série de perçages latéraux (419, 519, 619) et d'une deuxième série de perçages latéraux non visibles sur les figures, disposés de part et d'autre d'un plan longitudinal médian.To this end, the cavities (414, 514, 614) have a first series of lateral bores (419, 519, 619) and a second series of lateral bores not visible in the figures, arranged on either side. 'a median longitudinal plane.

D'autres perçages (824, 825, 826) peuvent être prévus pour permettre l'évacuation par gravité de l'huile qui s'accumule dans la zone annulaire (418, 518, 618) de la culasse (800). A cet effet, les perçages (824, 825, 826) sont prévus dans les parties basses lorsque la machine est montée sur le moteur à combustion interne.Other holes (824, 825, 826) can be provided to allow the evacuation by gravity of the oil which accumulates in the annular zone (418, 518, 618) of the cylinder head (800). For this purpose, the holes (824, 825, 826) are provided in the lower parts when the machine is mounted on the internal combustion engine.

Le perçage central (801) est destiné au passage deThe central hole (801) is intended for the passage of

1'arbre (1).The tree (1).

Ce passage (1) présente une zone de portage d'un roulement conique (617) visible sur les figures 3 et 9.This passage (1) has a carrying area for a tapered bearing (617) visible in FIGS. 3 and 9.

Le fond (802) de la culasse (800) présente par ailleurs des perçages (803 à 805) servant à la fixation de la culasse (800) sur le carter par des vis pénétrant dans les taraudages prévus dans les bossages.The bottom (802) of the cylinder head (800) also has holes (803 to 805) used for fixing the cylinder head (800) to the housing by screws penetrating into the threads provided in the bosses.

L'orifice (806) constitue la sortie d'un conduit interne de dérivation (« by-pass ») assurant la purge du liquide stagnant dans la machine à 1'arrêt.The orifice (806) constitutes the outlet of an internal bypass duct (“bypass”) ensuring the purging of the stagnant liquid in the machine when stopped.

Le fond (802) présente également trois lumières (807 à 809) destinées au passage de la vapeur échappée par les conduits d'échappement (415, 515 et 615).The bottom (802) also has three lights (807 to 809) intended for the passage of steam escaped through the exhaust ducts (415, 515 and 615).

A proximité de l'orifice (806), la culasse (800) présente une paroi (810) s'étendant radialement, dans un plan longitudinal, entre la face frontale transversale (802) et le plateau transversal intermédiaire (811). Cette paroi (810) cloisonne la circulation de vapeur dans le circuit de dérivation qui sera décrit plus en détail dans ce qui suit. Elle présente un perçage (822) destiné à éviter l'accumulation d'huile dans une partie de la machine.Near the orifice (806), the cylinder head (800) has a wall (810) extending radially, in a longitudinal plane, between the transverse front face (802) and the intermediate transverse plate (811). This wall (810) partitions the circulation of vapor in the bypass circuit which will be described in more detail below. It has a hole (822) intended to prevent the accumulation of oil in a part of the machine.

Le plateau transversal intermédiaire (811) est entouré par un joint périphérique (812). Ce joint (812) est un joint plat, en polytétrafluoroéthylène expansé dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 4 millimètres.The intermediate transverse plate (811) is surrounded by a peripheral seal (812). This seal (812) is a flat seal, made of expanded polytetrafluoroethylene, the thickness of which is between 1 and 4 millimeters.

Ce plateau (811) est surmonté d'une couronne annulaire (813) présentant à son extrémité une bordure périphérique (814) entourée par un joint d'étanchéité (815). Ce joint (815) est également un joint plat, en polytétrafluoroéthylène expansé dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 4 millimètres.This plate (811) is surmounted by an annular crown (813) having at its end a peripheral edge (814) surrounded by a seal (815). This seal (815) is also a flat seal, made of expanded polytetrafluoroethylene, the thickness of which is between 1 and 4 millimeters.

L'espace annulaire compris entre les joints (812) et (815) constitue la zone haute-pression reliée à l'admission (20) et débouchant, via les soupapes d'admission (11), dans les chambres d'expansion délimitées par les chemises (409, 509, 609), le fond des cavités (414, 514, 614) et la tête des pistons (403).The annular space between the seals (812) and (815) constitutes the high-pressure zone connected to the intake (20) and opening, via the intake valves (11), into the expansion chambers delimited by the liners (409, 509, 609), the bottom of the cavities (414, 514, 614) and the head of the pistons (403).

Cet espace annulaire est étanché par les 2 joints plats (812 et 815) lorsque le couvre-culasse (200) est amené axialement et est positionné sur le carter (100). La liaison entre le couvre-culasse (200) et le carter (100) est également étanché par le joint torique (130).This annular space is sealed by the 2 flat seals (812 and 815) when the cylinder head cover (200) is brought axially and is positioned on the casing (100). The connection between the cylinder head cover (200) and the housing (100) is also sealed by the O-ring (130).

Ces étanchéités simultanées sur des plans de joints de hauteur différentes sont permises grâce aux propriétés de compressibilité du polytétrafluoroéthylène expansé ainsi qu'au choix judicieux de l'épaisseur des joints plats (812, 815) .These simultaneous seals on joints of different heights are allowed thanks to the compressibility properties of expanded polytetrafluoroethylene as well as the judicious choice of the thickness of the flat joints (812, 815).

La couronne annulaire (813) délimite, avec une paroi interne (817) complémentaire, une chambre d'isolation thermique (816) de forme annulaire.The annular ring (813) defines, with an internal wall (817) complementary, a thermal insulation chamber (816) of annular shape.

La paroi interne (817) est percée par trois conduits d'échappement (818 à 820) qui sont reliés d'un coté à l'orifice d'échappement (415, 515, 615) et de l'autre coté à des lumières (821) qui sont obturables par les soupapes d'échappement (12).The internal wall (817) is pierced by three exhaust ducts (818 to 820) which are connected on one side to the exhaust orifice (415, 515, 615) and on the other side to lights ( 821) which can be closed off by the exhaust valves (12).

Ces conduits d'échappement (818 à 820) sont refermés par le couvre-culasse (200) pour former un conduit d'échappement entre les zones d'expansion et les orifices d'échappement (821).These exhaust ducts (818 to 820) are closed by the cylinder head cover (200) to form an exhaust duct between the expansion zones and the exhaust ports (821).

Les soupapes d'admission (11) et les soupapes d'échappement (12) sont des soupapes à tige, mobiles selon des directions sensiblement radiales, sous l'action des cames (5, 6) situées sur l'arbre (1).The intake valves (11) and the exhaust valves (12) are rod valves, movable in substantially radial directions, under the action of the cams (5, 6) located on the shaft (1).

Les soupapes d'échappement (12) sont disposées angulairement entre les pistons (400, 500) de façon à optimiser l'encombrement notamment axial en utilisant l'espace disponible entre deux chemises adjacentes.The exhaust valves (12) are arranged angularly between the pistons (400, 500) so as to optimize the space, in particular axial, by using the space available between two adjacent liners.

Le conduit de soupape (11) d'admission relie la zone haute-pression à la zone d'expansion via l'orifice (416, 516, 616).The inlet valve duct (11) connects the high pressure zone to the expansion zone via the orifice (416, 516, 616).

La paroi (817) est percée par au moins un perçage (823) d'un diamètre inférieur à 4 mm, qui débouche dans la zone isolante (816) pour éviter l'accumulation d'huile et pour maintenir la zone isolante (816) à basse pression.The wall (817) is pierced by at least one bore (823) with a diameter less than 4 mm, which opens into the insulating zone (816) to prevent the accumulation of oil and to maintain the insulating zone (816) at low pressure.

La culasse présente un circuit de dérivation partant de la zone haute-pression, via un passage de dérivation formé dans le couvre-culasse (200) commandé par une vanne (9).The cylinder head has a bypass circuit starting from the high-pressure zone, via a bypass passage formed in the cylinder head cover (200) controlled by a valve (9).

Ce conduit débouche dans une zone définie entre le couvre-culasse (200), le plateau intermédiaire (811) et le plateau frontal (802). En fonctionnement en mode dérivation, vanne (9) ouverte, la vapeur qui circule dans cette zone traverse successivement les espaces annulaires (418), dans lesquels ils pénètrent par l'un des orifices (419, 519, 619) et ressort par l'autre orifice opposé.This conduit opens into a zone defined between the cylinder head cover (200), the intermediate plate (811) and the front plate (802). In operation in bypass mode, valve (9) open, the vapor circulating in this zone successively crosses the annular spaces (418), into which they enter through one of the orifices (419, 519, 619) and exits through the another opposite opening.

La vapeur débouche ensuite, après ce circuit, dans l'orifice (806).The steam then opens, after this circuit, into the orifice (806).

Description détaillée de la zone d'expansionDetailed description of the expansion area

La figure 9 représente une vue en coupe longitudinale de la machine de détente selon l'invention.FIG. 9 represents a view in longitudinal section of the expansion machine according to the invention.

La forme du piston illustrée par la figure 9 diffère de celle illustrée par la figure 4, correspondant à une variante de réalisation en ce qui concerne ce détail. La description portera sur un seul piston (400), étant entendu que les autres pistons (500) sont identiques.The shape of the piston illustrated in FIG. 9 differs from that illustrated in FIG. 4, corresponding to an alternative embodiment with regard to this detail. The description will relate to a single piston (400), it being understood that the other pistons (500) are identical.

Le piston (400) est constitué de deux pièces, à savoir le corps de piston (401) et la tête du piston (403), reliés par une vis (404) ou par tout autre moyen connu, par exemple par frettage.The piston (400) consists of two parts, namely the piston body (401) and the piston head (403), connected by a screw (404) or by any other known means, for example by shrinking.

La tête (403) est entourée par un segment d'étanchéité (405), par exemple en fonte.The head (403) is surrounded by a sealing segment (405), for example made of cast iron.

Le corps (401) est surmonté, du côté de la tête (403), d'une couronne annulaire (406).The body (401) is surmounted, on the side of the head (403), by an annular crown (406).

Cette couronne annulaire (406) assure le guidage de la tête et reprend les efforts de guidage de l'ensemble du piston (400). Elle délimite également un volume creux (407) entre la surface frontale de la tête (403) et la surface frontale du corps (401), constituant une zone d'isolation thermique. Ce volume creux (407) présente un perçage (420) débouchant dans la zone d'échappement pour permettre l'évacuation de la phase liquide du fluide de travail.This annular ring (406) guides the head and takes up the guiding forces of the piston assembly (400). It also defines a hollow volume (407) between the front surface of the head (403) and the front surface of the body (401), constituting a zone of thermal insulation. This hollow volume (407) has a bore (420) opening into the exhaust zone to allow the evacuation of the liquid phase from the working fluid.

La tête (403) est entourée par une jupe annulaire (408) assurant le guidage par rapport à la chemise (409) de la culasse (800).The head (403) is surrounded by an annular skirt (408) providing guidance relative to the liner (409) of the cylinder head (800).

L'autre extrémité du piston (400) présente également une jupe de guidage annulaire (410) délimitant une cavité (411) ouverte permettant d'éviter la compression de vapeur entre le corps du piston (401) et le fond de la cavité (103) du carter (100). La section ouverte représente environ 60% de la section transversale du corps (401).The other end of the piston (400) also has an annular guide skirt (410) delimiting an open cavity (411) making it possible to avoid vapor compression between the body of the piston (401) and the bottom of the cavity (103 ) of the housing (100). The open section represents about 60% of the cross section of the body (401).

Le guidage du piston est ainsi assuré de part et d'autre du plateau (2) permettant une réduction des efforts de guidage mais également permettant de placer l'échappement (33) au plus près du côté de l'admission (20), ce qui facilite 1'intégration de la machine de détente dans un véhicule.Guiding of the piston is thus ensured on either side of the plate (2) allowing a reduction of the guiding forces but also making it possible to place the exhaust (33) as close as possible to the intake side (20), this which facilitates the integration of the trigger machine in a vehicle.

Comme déjà exposé, le corps (401) présente une rainure longitudinale (402) dans laquelle vient glisser la goupille anti-rotation (109) solidaire du carter (100).As already explained, the body (401) has a longitudinal groove (402) in which the anti-rotation pin (109) slides, integral with the casing (100).

La coopération entre le piston (400) et le plateau (2) est assurée de manière connue par des patins présentant une forme de calotte sphérique (412, 413) disposés de part et d'autre du plateau.The cooperation between the piston (400) and the plate (2) is ensured in a known manner by pads having a shape of a spherical cap (412, 413) arranged on either side of the plate.

Les patins (412, 413) sont réalisés en acier de type 100Cr6 (selon la désignation proposée par la norme AFNOR EN 10027).The pads (412, 413) are made of 100Cr6 type steel (according to the designation proposed by the AFNOR EN 10027 standard).

Le patin (412) situé du coté de la tête de piston (403) fait optionnellement l'objet d'un traitement de surface de type carbone amorphe appelé DLC ( «diamond like carbon » en anglais).The pad (412) located on the side of the piston head (403) is optionally the subject of an amorphous carbon type surface treatment called DLC ("diamond like carbon" in English).

Le corps de piston (401) est réalisé en acier forgé ou en fonte à graphite sphéroïdal, faisant l'objet ensuite d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation. Il peut aussi être réalisé en aluminium forgé, suivi d'un traitement de surface par oxydation anodique.The piston body (401) is made of forged steel or spheroidal graphite cast iron, then subjected to a surface treatment by nitriding in a salt bath followed by an oxidation phase. It can also be made of forged aluminum, followed by a surface treatment by anodic oxidation.

La tête de piston (403) est réalisée en fonte à graphite sphéroïdal ou en acier, avec application d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation.The piston head (403) is made of spheroidal graphite cast iron or steel, with the application of a surface treatment by nitriding in a salt bath followed by an oxidation phase.

Le plateau (2) est réalisé en fonte à graphite sphéroïdal, faisant ensuite l'objet d'un traitement de surface par nitruration dans un bain de sels suivi d'une phase d'oxydation.The plate (2) is made of spheroidal graphite cast iron, then subjected to a surface treatment by nitriding in a salt bath followed by an oxidation phase.

Alternativement, le plateau est réalisé en acier forgé faisant l'objet d'un traitement de type DLC sur au moins sa face plane du coté des cylindres.Alternatively, the plate is made of forged steel which is the subject of a DLC type treatment on at least its flat face on the side of the cylinders.

Description détaillée de l'isolation thermiqueDetailed description of thermal insulation

La machine de détente présente plusieurs zones contribuant à l'isolation thermique. Cette isolation thermique permet de réduire les transferts thermiques internes à la machine, et donc d'améliorer le rendement.The expansion machine has several zones contributing to thermal insulation. This thermal insulation reduces internal heat transfers to the machine, and therefore improves efficiency.

La première zone d'isolation thermique est assurée par la couronne annulaire (406) assurant le guidage de la tête (403) du piston et reprenant les efforts de guidage de l'ensemble du piston (400). Cette couronne annulaire (406) délimite un volume creux (407) entre la surface frontale de la tête (403) et la surface frontale du corps (401), constituant une zone d'isolation thermique.The first thermal insulation zone is provided by the annular ring (406) guiding the head (403) of the piston and taking up the guiding forces of the entire piston (400). This annular ring (406) defines a hollow volume (407) between the front surface of the head (403) and the front surface of the body (401), constituting a zone of thermal insulation.

Une deuxième zone d'isolation thermique est constituée par les trois espaces tubulaires (418, 518, 618) entourant les chambres d'expansion (25a, 25b et 25c).Cette zone est isolante lorsque la vanne (9) est en position fermée.A second thermal insulation zone is formed by the three tubular spaces (418, 518, 618) surrounding the expansion chambers (25a, 25b and 25c). This zone is insulating when the valve (9) is in the closed position.

La troisième zone d'isolation est constituée par des espaces discaux (425) situés au fond de chacune des chambres d'expansion (25a, 25b, 25c).The third isolation zone consists of disc spaces (425) located at the bottom of each of the expansion chambers (25a, 25b, 25c).

A cet effet, chaque chemise est fermée frontalement par un fond (426) traversé par :To this end, each shirt is closed frontally by a bottom (426) crossed by:

un orifice d'échappement débouchant dans le conduit incurvé s'ouvrant la zone d'échappementan exhaust port opening into the curved duct opening the exhaust zone

- un orifice d'admission débouchant dans un conduit incurvé s'ouvrant dans la zone d'admission.- an intake opening opening into a curved duct opening into the intake area.

Les troisièmes espaces d'isolation (425) sont formés entre les fonds (426) des chemises et la culasse (800).The third insulation spaces (425) are formed between the bottoms (426) of the liners and the cylinder head (800).

Le quatrième espace d'isolation est constitué par la chambre d'isolation thermique (816) de forme annulaire précédemment décrite.The fourth insulation space is constituted by the thermal insulation chamber (816) of annular shape previously described.

D'une manière générale les zones d'isolation de la machine sont agencées pour être soumises à la pression de la zone d'échappement(32) au moyen de passages les mettant en communication avec ladite zone d'échappement, lesdits passages étant préférentiellement placés proches du point bas de chacune des zones d'isolation afin d'assurer le drainage des liquides.In general, the isolation zones of the machine are arranged to be subjected to the pressure of the exhaust zone (32) by means of passages putting them in communication with said exhaust zone, said passages being preferably placed. close to the low point of each of the insulation zones to ensure the drainage of liquids.

Par cet agencement la vapeur présente dans les zones d'isolation est à plus faible densité et donc moins conductrice de la chaleur. Par ailleurs sa surchauffe est ainsi maximale, ce qui limite les phénomènes de condensation qui nuiraient à l'isolation thermique.By this arrangement the vapor present in the insulation zones is of lower density and therefore less conductive of heat. In addition, its overheating is thus maximum, which limits the phenomena of condensation which would harm thermal insulation.

Architecture générale d'une solution à spiraleGeneral architecture of a spiral solution

L'invention n'est pas limitée à une machine de détente à piston. Elle peut aussi concerner une machine de détente utilisant une vis ou une spirale (respectivement « screw expander» ou « scroll expander» en anglais).The invention is not limited to a piston expansion machine. It can also relate to an expansion machine using a screw or a spiral (respectively "screw expander" or "scroll expander" in English).

La figure 10 représente une vue schématique d'une telle machine. Le circuit de préchauffe fonctionne de manière analogue aux réalisations précédemment décrites.Figure 10 shows a schematic view of such a machine. The preheating circuit operates in a similar manner to the embodiments previously described.

Il comporte une vanne (9) commandant le passage du fluide de travail, en mode de fonctionnement atypique, vers un circuit de dérivation débouchant dans la chambre d'échappement contenant les spirales fixe et mobile (16).It comprises a valve (9) controlling the passage of the working fluid, in atypical operating mode, towards a bypass circuit opening into the exhaust chamber containing the fixed and mobile spirals (16).

Cette vanne ( 9 ) commande 1 ' ouverture ou la fermeture du passage du fluide de travail provenant de la chambre d'admission (22), dans ce circuit de dérivation. En fonctionnement nominal, la vanne (9) est en position fermée, tout le fluide de travail provenant de la chambre d'admission (22) alimentant alors la zone d'expansion délimitée par la vis ou la spirale.This valve (9) controls the opening or closing of the passage of the working fluid coming from the intake chamber (22), in this bypass circuit. In nominal operation, the valve (9) is in the closed position, all the working fluid coming from the intake chamber (22) then supplying the expansion zone delimited by the screw or the spiral.

Les caractéristiques précédemment décrites concernant la chambre d'admission (22), la vanne (9) et les moyens de commande du fluide de travail en fonctionnement normal ou en fonctionnement atypique sont directement adaptées à de telles machines à vis ou à spirale.The characteristics described above concerning the intake chamber (22), the valve (9) and the means for controlling the working fluid in normal operation or in atypical operation are directly adapted to such screw or spiral machines.

Les spirales (16) peuvent également être pourvues de moyens d'isolation thermiques (17, 18) afin de limiter les transferts thermiques entre la chambre d'admission (22) et la zone d'expansion (25) ainsi qu'entre la zone d'expansion (25) et la zone d'échappement (32).The spirals (16) can also be provided with thermal insulation means (17, 18) in order to limit the heat transfers between the intake chamber (22) and the expansion zone (25) as well as between the zone expansion (25) and the exhaust zone (32).

Claims (21)

Revendicationsclaims 1 - Machine de détente ( 0 ) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué par un composant principal en phase gazeuse en régime de fonctionnement nominal chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne ( 9 ) pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d'échappement (32) caractérisée en ce que • ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression, • ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion (25) pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion (25), pour former un moyen de préchauffe (15) • ladite zone d'admission présentant :1 - Expansion machine (0) comprising an intake zone (22) having an inlet for a pressurized working fluid, said fluid consisting of a main component in the gaseous phase in nominal operating conditions loaded with a lubricant component in the liquid phase, • said intake zone (22) being connected to an expansion zone (25), • said machine further comprising a bypass circuit controlled by a valve (9) for connecting a high pressure zone and an exhaust zone (32) characterized in that • said high pressure zone consists of the intake zone (22) supplied directly by the working fluid under pressure, • said circuit bypass being in contact with the expansion zone (25) to ensure a thermal transfer between the working fluid circulating in said bypass circuit and the working fluid contained in said expansion zone (25), to form a preheating means (15) • said intake zone having: o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion (25) et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9) • ladite vanne (9) étant une vanne à deux voies disposée entre ladite seconde ouverture interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation, pour commander, lorsque ladite vanne (9) est ouverte, une circulation dudit fluide de travail entre ladite sortie interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation et de préchauffe (15).o at least a first internal opening opening into an expansion zone (25) and o a second internal opening opening into said branch circuit, controlled by said valve (9) • said valve (9) being a two-way valve arranged between said second internal opening of said intake zone (22) and said bypass circuit, to control, when said valve (9) is open, a circulation of said working fluid between said internal outlet of said intake zone (22 ) and said bypass and preheating circuit (15). 2 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 5 caractérisée en ce que ladite vanne ( 9 ) est une vanne à deux voies à commande proportionnelle.2 - expansion machine (0) according to claim 1 5 characterized in that said valve (9) is a two-way valve with proportional control. 3 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite vanne ( 9 ) est une vanne à deux3 - expansion machine (0) according to claim 1 characterized in that said valve (9) is a two-way valve 10 voies à commande par impulsions.10 channels with pulse control. 4 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit circuit de dérivation et de préchauffe constitue, lorsque ladite vanne (9) est fermée, un4 - Expansion machine (0) according to claim 1 characterized in that said bypass and preheating circuit constitutes, when said valve (9) is closed, a 15 moyen d'isolation thermique de ladite zone d'expansion.15 means of thermal insulation of said expansion zone. 5 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite machine est une machine à pistons et en ce que ladite zone d'expansion (25) comprend au5 - expansion machine (0) according to claim 1 characterized in that said machine is a piston machine and in that said expansion zone (25) comprises at 20 moins un cylindre.20 minus one cylinder. 6 - Machine de détente ( 0 ) selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit cylindre contient une chemise (409) délimitant un espace annulaire avec la paroi6 - Expansion machine (0) according to the preceding claim characterized in that said cylinder contains a jacket (409) defining an annular space with the wall 25 dudit cylindre, ledit moyen de préchauffe (15) comprenant ledit espace annulaire.25 of said cylinder, said preheating means (15) comprising said annular space. 7 - Machine de détente (0) selon la revendication 5 caractérisée en ce que ledit piston contient un moyen7 - expansion machine (0) according to claim 5 characterized in that said piston contains a means 30 d'isolation thermique.30 thermal insulation. 8 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission (22) et ladite8 - expansion machine (0) according to claim 1 or 5 characterized in that it comprises a thermal insulation means disposed between said intake zone (22) and said 35 zone d'échappement (32).35 exhaust zone (32). 9 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'admission (22) et ladite zone d'expansion (25).9 - expansion machine (0) according to claim 1 or 5 characterized in that it comprises a thermal insulation means disposed between said intake zone (22) and said expansion zone (25). 10 - Machine de détente (0) selon la revendication 1 ou 5 caractérisée en ce qu'elle comprend un moyen d'isolation thermique disposé entre ladite zone d'échappement (32) et ladite zone d'expansion (25).10 - Expansion machine (0) according to claim 1 or 5 characterized in that it comprises a thermal insulation means disposed between said exhaust zone (32) and said expansion zone (25). 11 - Machine de détente (0) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisée en ce qu'au moins un dit moyen d'isolation thermique est constitué par un matériau d'isolation.11 - Expansion machine (0) according to any one of claims 7 to 10 characterized in that at least one said thermal insulation means is constituted by an insulation material. 12 - Machine de détente (0) selon l'une quelconque des revendications 7 à 10 caractérisée en ce qu'au moins un dit moyen d'isolation est constitué par un espace creux communiquant avec ladite zone d'échappement (32) par des orifices.12 - Expansion machine (0) according to any one of claims 7 to 10 characterized in that at least one said insulation means is constituted by a hollow space communicating with said exhaust zone (32) by orifices . 13 - Machine de détente (0) selon les revendications 6 et 9 ou 6 et 10 caractérisée en ce que ladite chemise (409) est fermée frontalement, la cloison de fermeture frontale présentant au moins un orifice d'admission et/ou d'échappement, ledit moyen d'isolation étant défini entre ladite cloison de fermeture frontale et la culasse.13 - Expansion machine (0) according to claims 6 and 9 or 6 and 10 characterized in that said jacket (409) is closed frontally, the front closing partition having at least one inlet and / or exhaust port , said insulation means being defined between said front closing partition and the cylinder head. 14 - Machine de détente (0) à pistons selon la revendication 5 caractérisée en ce qu'un volume creux entre la surface frontale de la tête du piston et la surface frontale du corps du piston (400) constitue une zone d'isolation thermique.14 - Expansion machine (0) with pistons according to claim 5 characterized in that a hollow volume between the front surface of the piston head and the front surface of the piston body (400) constitutes a thermal insulation zone. 15 - Machine de détente (0) à pistons selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit volume creux présente un perçage débouchant dans la zone d'échappement (32) pour permettre l'évacuation de la phase liquide du fluide de travail.15 - Expansion machine (0) with pistons according to the preceding claim characterized in that said hollow volume has a hole opening into the exhaust zone (32) to allow the evacuation of the liquid phase of the working fluid. 16 - Système de récupération d'énergie thermique comprenant au moins un évaporateur, au moins un condenseur, au moins une pompe et une machine de détente comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail sous pression, ledit fluide étant constitué, à l'admission de la machine de détente (0) en régime de fonctionnement nominal, par un composant principal en phase gazeuse chargé avec un composant lubrifiant en phase liquide, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comportant en outre un circuit de dérivation commandé par une vanne pour la mise en relation d'une zone de haute pression et une zone d'échappement (32) caractérisé en ce que • ladite zone de haute pression est constituée par la zone d'admission (22) alimentée directement par le fluide de travail sous pression, • ledit circuit de dérivation étant en contact avec la zone d'expansion (25) pour assurer un transfert thermique entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit de dérivation et le fluide de travail contenu dans ladite zone d'expansion, pour former un moyen de préchauffe (15) • ladite zone d'admission (22) présentant :16 - Thermal energy recovery system comprising at least one evaporator, at least one condenser, at least one pump and an expansion machine comprising an intake zone (22) having an inlet for admitting a working fluid under pressure, said fluid being constituted, on admission of the expansion machine (0) in nominal operating mode, by a main component in the gas phase loaded with a lubricant component in the liquid phase, • said intake zone (22 ) being connected to an expansion zone (25), • said machine further comprising a bypass circuit controlled by a valve for connecting a high pressure zone and an exhaust zone (32) characterized in that • said high pressure zone is constituted by the intake zone (22) supplied directly by the working fluid under pressure, • said bypass circuit being in contact with the expansion zone (25) to ensure a heat transfer between the working fluid circulating in said bypass circuit and the working fluid contained in said expansion zone, to form a preheating means (15) • said intake zone (22) having: o au moins une première ouverture interne débouchant dans une zone d'expansion (25) et o une seconde ouverture interne débouchant dans ledit circuit de dérivation, commandée par ladite vanne (9) • ladite vanne (9) étant une vanne à deux voies disposée entre ladite seconde ouverture interne de ladite zone d'admission et ledit circuit de dérivation, pour commander, lorsque ladite vanne (9) est ouverte, une circulation dudit fluide de travail entre ladite sortie interne de ladite zone d'admission (22) et ledit circuit de dérivation et de préchauffe.o at least a first internal opening opening into an expansion zone (25) and o a second internal opening opening into said branch circuit, controlled by said valve (9) • said valve (9) being a two-way valve arranged between said second internal opening of said intake zone and said bypass circuit, to control, when said valve (9) is open, a circulation of said working fluid between said internal outlet of said intake zone (22) and said bypass and preheating circuit. 17 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),17 - Method for controlling the operation of an expansion machine comprising an inlet zone (22) having an orifice for admitting a working fluid in the gaseous state under pressure, • said inlet zone (22 ) being connected to an expansion zone (25), • said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone (22) and an exhaust zone (32), Caractérisé en ce que • l'on commande, lorsque la température de la machine de détente est inférieure à une valeur seuil variable en fonction de la pression, le passage en mode ouvert d'une vanne ( 9 ) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour assurer une circulation dudit fluide de travail entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, afin de purger la zone d'expansion (25) du fluide de travail en phase liquide et déposer un film de lubrifiant sur les parties mobiles.Characterized in that • when the temperature of the expansion machine is lower than a variable threshold value depending on the pressure, it is controlled to switch to open mode of a two-way valve (9) disposed between an outlet of said intake zone (22) and said bypass and preheating duct, to ensure circulation of said working fluid between an outlet of said intake zone (22) and said bypass and preheating duct, in order to purge the expansion zone (25) of the working fluid in the liquid phase and deposit a film of lubricant on the moving parts. 18 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),18 - Method for controlling the operation of an expansion machine (0) comprising an inlet zone (22) having an orifice for admitting a working fluid in the gaseous state under pressure, • said zone intake (22) being connected to an expansion zone (25), • said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone (22) and an exhaust zone (32), Caractérisé en ce que • l'on commande, lorsque la pression du fluide de travail en admission de la machine de détente est supérieure à une valeur seuil, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour abaisser la pression d'admission du fluide de travail.Characterized in that • when the pressure of the working fluid on the inlet of the expansion machine is greater than a threshold value, it is controlled to switch to open mode of a two-way valve (9) disposed between an outlet from said intake zone (22) and said bypass and preheating duct, to lower the intake pressure of the working fluid. 19 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),19 - Method for controlling the operation of an expansion machine (0) comprising an inlet zone (22) having an inlet orifice for a working fluid in the gaseous state under pressure, • said zone intake (22) being connected to an expansion zone (25), • said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone (22) and an exhaust zone (32), Caractérisé en ce que • l'on commande, lors du passage en mode « arrêt » du système comprenant ladite machine de détente, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit conduit de dérivation et de préchauffe, pour abaisser le ratio de pression entre l'admission et l'échappement.Characterized in that • when the system comprising said expansion machine is switched to “stop” mode, the passage into open mode of a two-way valve (9) disposed between an outlet from said zone intake (22) and said bypass and preheating duct, to lower the pressure ratio between the intake and the exhaust. 20 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, (22) étant reliée une zone ladite zone d'admission d'expansion (25), ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),20 - Method for controlling the operation of an expansion machine (0) comprising an intake zone (22) having an inlet orifice for a working fluid in the gaseous state under pressure, (22) being connected a zone said expansion intake zone (25), said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone (22) and an exhaust zone (32), Caractérisé en ce que l'on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'admission, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode ouvert d'une vanne (9) à deux voies disposée entre une sortie de ladite zone d'admission (22) et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admission (22).Characterized in that one controls, when the difference between the temperature of the working fluid and the saturation temperature at the pressure of the working fluid, measured at the inlet, is less than a threshold value for a duration greater than one reference time, the passage into open mode of a two-way valve (9) disposed between an outlet of said intake zone (22) and said a bypass and preheating duct, to reduce the pressure of the working fluid in the intake area (22). 21 - Procédé de commande du fonctionnement d'une machine de détente (0) comportant une zone d'admission (22) présentant un orifice d'admission d'un fluide de travail à l'état gazeux sous pression, • ladite zone d'admission (22) étant reliée à une zone d'expansion (25), • ladite machine comprenant un conduit de dérivation et de préchauffe entre ladite zone d'admission (22) et une zone d'échappement (32),21 - Method for controlling the operation of an expansion machine (0) comprising an inlet zone (22) having an inlet orifice for a working fluid in the gaseous state under pressure, • said zone intake (22) being connected to an expansion zone (25), • said machine comprising a bypass and preheating duct between said intake zone (22) and an exhaust zone (32), Caractérisé en ce que • l'on commande, lorsque la différence entre la température du fluide de travail et la température de saturation à la pression du fluide de travail, mesurées à l'échappement, est inférieure à une valeur seuil pendant une durée supérieure à une durée de référence, le passage en mode à deux voies disposée entre une d'admission ouvert d'une vanne ( 9 ) sortie de ladite zone (22) et ledit un conduit de dérivation et de préchauffe, pour réduire la pression du fluide de travail dans la zone d'admissionCharacterized in that • we control, when the difference between the working fluid temperature and the saturation temperature at the working fluid pressure, measured at the exhaust, is less than a threshold value for a period greater than a reference duration, the transition to two-way mode disposed between an open intake of a valve (9) leaving said zone (22) and said a bypass and preheating conduit, to reduce the pressure of the work in the admission area
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