EP3665366A1 - Machine de detente volumetrique pour cycle de rankine, et procede de commande - Google Patents

Machine de detente volumetrique pour cycle de rankine, et procede de commande

Info

Publication number
EP3665366A1
EP3665366A1 EP18726522.8A EP18726522A EP3665366A1 EP 3665366 A1 EP3665366 A1 EP 3665366A1 EP 18726522 A EP18726522 A EP 18726522A EP 3665366 A1 EP3665366 A1 EP 3665366A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zone
machine
rankine cycle
expansion
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18726522.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Rémi DACCORD
Julien MELIS
Stéphane WATTS
Frédéric ALBERGUCCI
Matthias PORTELLANO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Exoes SAS
Original Assignee
Exoes SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exoes SAS filed Critical Exoes SAS
Publication of EP3665366A1 publication Critical patent/EP3665366A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B27/00—Starting of machines or engines
    • F01B27/02—Starting of machines or engines of reciprocating-piston engines
    • F01B27/04—Starting of machines or engines of reciprocating-piston engines by directing working-fluid supply, e.g. by aid of by-pass steam conduits

Definitions

  • the present invention relates to the field of expansion machines converting waste heat from an internal combustion engine in a Rankine cycle into mechanical energy that can be transferred to a shaft driving the internal combustion engine.
  • the field of application concerns all types of internal combustion engine, for example those fitted to vehicles and in particular trucks, buses and passenger cars.
  • the expansion machines can be of several types: ⁇ turbomachines using a turbine
  • volumetric machines using one or more pistons acting on a linkage which may be constituted by a plate inclined (“swashplate” in English) or oscillating ("wobble plate” in English), or a linkage rod-type crank, or still a spiral (“scroll” in English) or a screw (“screw” in English).
  • a linkage which may be constituted by a plate inclined (“swashplate” in English) or oscillating ("wobble plate” in English), or a linkage rod-type crank, or still a spiral (“scroll” in English) or a screw (“screw” in English).
  • a volumetric expansion machine generally comprises an intake port connected to a channel intake and an exhaust port connected to an exhaust channel. These two intake and exhaust ports are formed in the body of the machine.
  • Such a machine is generally composed of three zones: a high pressure inlet zone, an expansion zone and a low pressure exhaust zone.
  • the intake zone is connected to the expansion zone, itself connected to the exhaust zone.
  • the expansion zone is formed by moving means.
  • the exhaust zone comprises a transmission of the force produced by the moving means to a rotating shaft.
  • a bypass channel extends from the high pressure inlet zone to the low pressure exhaust zone.
  • a bypass valve is connected to or integrated into the intake zone and opens or closes the bypass channel according to its open or closed position.
  • the invention relates more particularly to the different modes of operation of such a volumetric machine and its coupling to the internal combustion engine.
  • the machine When stopped, the machine is in a first mode of operation, called “idle state", where the machine is filled with working fluid in the liquid state.
  • the bypass valve is then in the open position.
  • the prior art is known from the international patent application WO2017008094 describing a method of controlling a waste heat recovery system for an internal combustion engine of a vehicle, this waste heat recovery system having at least an expansion machine transmitting a torque to the internal combustion engine and which can be bypassed via a bypass flow path, at least one evaporator and at least one pump for a working fluid, said at least one evaporator being arranged in the region of the exhaust system of the internal combustion engine.
  • the expansion machine can operate in different modes. It is connected in drive, in at least one mode of operation, to an auxiliary drive shaft of the internal combustion engine. On the basis of at least one input variable, an operating mode is selected by a controller and the waste heat recovery system then operates in this mode.
  • the input variable is selected from the group consisting of the following: speed of rotation of the expansion machine (n), information on the gear ratios (GI), retardation information (CI), pressure (pl, p2) and temperature (T1, T2) of the working fluid upstream and downstream of the expansion machine via the control device.
  • a first mode of operation is associated with a temperature-setting phase of the expansion machine, and a second mode of operation with a normal operating phase of the expansion machine.
  • the bypass flow path is open and the expansion machine is not connected to an auxiliary drive shaft of the internal combustion engine.
  • the bypass flow path is closed and the expansion machine is connected to the internal combustion engine.
  • the second mode is selected when the pressure (p2) and / or the temperature (T2) of the working fluid downstream of the expansion machine exceeds a defined value.
  • patent AT512921 describing a method of connecting a storage tank to the control valves and a feed pump.
  • the control valves distribute the working fluid to the heat exchangers.
  • An expansion machine is connected downstream of the heat exchanger to a condenser.
  • the condenser is connected to a circulation pump which is connected to the storage tank.
  • the working fluid is transmitted to the heat exchangers.
  • the mass flow of the working fluid in the heat exchangers is controlled by the control valves to achieve a predetermined superheat of the working fluid.
  • the Rankine cycle thus described further comprises a switching valve in a controlled manner between a first direct flow path to the expansion machine, or a second flow path through a rolling valve.
  • This patent describes the control method of such a system for carrying out an expansion operation according to the following steps: a) the heating operation
  • the working fluid at the outlet of the heat exchanger is two-phase at the temperature of the saturated steam.
  • the mass flow of working fluid is reduced through a control valve, a rise in temperature occurs and the overheating process is achieved.
  • the second path through the rolling valve is selected.
  • the temperature of the working fluid vapor is controlled to be greater than the temperature of the saturated vapor by a predetermined value.
  • the second path through the rolling valve is selected. d) operate the relaxation machine
  • the first direct flow path to the expander is selected and the machine is started.
  • German patent DE102015204385 describing another known example of axial piston machine comprising a rotor rotatably mounted in a housing, cylinders arranged around the rotor, in which pistons are arranged in translation.
  • patent WO201708094 relates to a Rankine cycle machine using a turbine and not a volumetric type machine. Secondly, the control of the passage between the first mode of operation and the second mode of operation is based on the pressure and / or the temperature measured at the outlet of the exhaust of the machine.
  • the object of this patent concerns the transition between the bypass mode and the operating mode. This passage is a critical technical issue.
  • the derivation mode is not productive. It must last the least possible to maximize the mechanical production of the expansion machine.
  • bypass mode The role of the bypass mode is to move from a rest mode to the operating mode by converging a set of parameters to values accepted by the machine so that its lubrication is ensured and it does not wear out. neither breaks.
  • a set of sensors is judiciously placed to determine the state of the expansion machine as quickly as possible without waiting for the slow convergence of sensors external to the machine due to the thermal inertia of the system. .
  • the present invention relates in its most general sense to a volumetric expansion machine according to claim 1, taken alone or in combination with one or more of the dependent claims.
  • the invention differs in particular from the solutions of the prior art in that the temperature is measured not not in the exhaust, but in the expansion zone.
  • This solution unlike those proposed in the prior art, allows to take into account the actual state of the working fluid in the expansion zone. This solution makes it possible to prevent the fluid from being liquid, and to check the state of overheating before starting.
  • One of the beneficial consequences is a faster start compared to the solutions of the prior art.
  • the invention also relates to a method of controlling such a volumetric expansion machine according to claim 8 taken alone or in combination with one or more of the dependent claims.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a Rankine cycle according to the invention
  • FIG. 2 represents the control method of the expansion machine
  • FIG. 3 represents a schematic view of the starter of the expansion machine
  • FIG. 4 represents an external isometric view of the expansion machine.
  • FIG. 1 represents a schematic view of a Rankine cycle according to the invention.
  • a Rankine cycle recovers lost heat from the internal combustion engine (301). This heat can be recovered in several places: on the cooling circuit, on the cooling of the compressed air upstream of the engine, on the cooling of the exhaust gases recirculated in the engine or on the exhaust gases (302) as shown in Figure 1.
  • a heat exchanger (307) is inserted bypass on the exhaust line after the pollution control system (303).
  • a bypass valve (327) proportionally distributes the flow rates between the heat exchanger (307) and the normal exhaust.
  • the exchanger (307) is an evaporator for evaporating the working fluid (308) from the Rankine cycle.
  • the working fluid (308) is drawn by the pump (306) from an expansion tank (328) at a pressure controlled by the electric valve (329).
  • the proportional electric valve (329) regulates the air pressure in the expansion tank (328) either by connecting the expansion vessel to the compressed air source (321) or by connecting the expansion tank ( 328) to the atmosphere.
  • the temperature and pressure of the working fluid upstream of the pump and downstream of the evaporator (307) are measured by sensors.
  • the Rankine cycle calculator receives these signals to control the actuators of the system and a temperature of the vapor in the expansion machine (304) measured either in the expansion zone (316) or in the exhaust zone ( 317).
  • the vapor produced in the evaporator (307) flows to the expansion machine (304).
  • the expansion machine has three zones: the inlet zone (314) of the high pressure steam which is connected to the expansion zone (316), itself connected to the exhaust zone (317) at low pressure.
  • the bypass valve (315) opens and closes a bypass channel connecting the intake zone (314) and the exhaust zone (317).
  • This bypass valve (315) is advantageously pneumatic and is connected to a source of compressed air (321).
  • An electric valve (320) controls the admission of air into the bypass valve (315) either by connecting the bypass valve to the source of compressed air (321) or by connecting the bypass valve (315) to the atmosphere.
  • the bypass channel or the bypass valve further comprises a restriction, typically of the order of 20 mm 2 in order to limit the volume flow through the bypass channel and to cause a rise in pressure of the zone upstream of the restriction.
  • the low pressure steam escaping from the expansion machine (304) from the exhaust zone (317) flows in a condenser (305) to return to the liquid state.
  • the condenser (305) is cooled by either a fluid of the internal combustion engine (301) or by ambient air. For example, one or more of the engine cooling circuits (301) may be used.
  • the condensed working fluid then returns to the expansion vessel (328).
  • the expansion machine (304) is connected to a rotating shaft (313) of the internal combustion engine (301).
  • a first seal (309) is disposed on the shaft closest to the exhaust zone (317) to limit the volume of the area containing the working fluid. This seal serves to seal the Rankine cycle circuit and to prevent leakage of working fluid out of the cycle as well as the ingress of air into the circuit.
  • the expansion machine (304) is fixed to the motor (301) by a flange (319) and optionally other fastening means.
  • the fixing by a single flange is interesting because it limits the number of interfaces with the motor (301) and the machine (304) can then be fixed as an accessory (hydraulic pump, ...) on a power take-off of the motor (301).
  • the flange can be set back from the transmission of the expansion machine (304) so that a part of this transmission enters the motor (301) to connect to the rotating shaft (313) at the inside of it.
  • gears (312) make it possible to adapt the speed of rotation of the motor shaft (313) to that of the expansion machine (304), which generally rotates more rapidly.
  • the speed ratio is fixed and is typically between 1 and 4.
  • a freewheel (311) is disposed at the output of the gears on the side of the expansion machine (304). This allows rotation of the motor (301) without the expansion machine (304) being rotated. When the expansion machine (304) rotates at the same speed as the motor (301), the freewheel (311) is blocked and the expansion machine (304) can transmit torque to the motor shaft (313).
  • a second seal (330) on the shaft seals the engine (301) and prevents engine oil from escaping.
  • the gears (312) and the freewheel (311) are lubricated by the engine oil (301).
  • the resilient element (310) is used to shift the resonant frequencies of the shaft line due to the excitations of the angular accelerations due to both the expansion machine (304) and the motor (301) to avoid breakage. of the transmission from the expansion machine (304) to the engine (301).
  • the elastic element (310) is composed of elements of low torsional stiffness to exclude the resonance peaks from the operating range.
  • the elasticity is generally obtained using an elastomeric disc (for example polyurethane).
  • the hardness of the elastomer and the inertia of the disk make it possible to adjust the natural frequencies of the transmission according to the mechanical characteristics of the engine (301). Elasticity can also be achieved with devices having two parts connected by springs or permanent magnets.
  • the relative positioning of the shaft line elements between the gears (312) and the first seal (309), i.e. the freewheel assembly (311) joined (330) elastic member (310) and starter (318), can be arranged differently depending on the external conditions (bulk).
  • the freewheel (311) may be disposed directly after the first seal (309) and after the starter (318) without this calling into question the operation of the line.
  • the starter (318) makes it possible, during the transition from the bypass mode (102) to the operating mode (104), to start the rotation of the expansion machine (304) if the latter does not start by itself. Indeed, some piston expansion machines need to overcome a start torque before being driving.
  • This starter is advantageously pneumatic and connected on the same compressed air line as the bypass valve (315) and is therefore controlled by the same electric valve (320) as the bypass valve (315). This reduces the number of actuators and connections to the computer.
  • the starter (318) may further comprise a torque limiter to avoid forcing the start and therefore the rotation of the machine (304) if it is blocked, for example, by liquid working fluid.
  • FIG. 1 shows the control method of the expansion machine.
  • the machine When stopped, the machine is in a first mode of operation, called “idle state" (100), where the machine (304) is filled with working fluid (308) in the liquid state.
  • the bypass valve (315) is then in the open position.
  • bypass valve (315) is advantageously of the pneumatic type.
  • An electric valve (320) for controlling compressed air opens or closes the compressed air duct (321) to the bypass valve (315).
  • the bypass valve (315) is open in the absence of compressed air and closed when a certain pressure of compressed air is applied to it (typically 6 to 8 bar relative).
  • the operating conditions of the machine are a set of control laws selected from, but not limited to, the following examples:
  • the temperature of the measured vapor is higher than a few degrees (typically 5 ° C) at the saturation temperature of the working fluid at the pressure measured in the exhaust zone (317)
  • the temperature of the vapor admitted into the intake zone (314) is a few degrees higher (typically 5 ° C) than the saturation temperature of the working fluid at the pressure of the vapor admitted into the intake zone ( 314)
  • the temperature of the vapor escaped from the exhaust zone (317) is a few degrees (typically 5 ° C) higher than the saturation temperature of the working fluid at the pressure of the vapor escaped from the exhaust zone ( 317)
  • the temperature of the vapor admitted into the intake zone (314) is below a maximum threshold (typically 225 ° C or 250 ° C).
  • a maximum threshold typically 35 or 40 absolute bars
  • timers can be implemented on all or part of these conditions in order to filter out temporary changes and to avoid inadvertent mode changes.
  • the expansion machine can accept saturated steam at intake or exhaust for 30 seconds.
  • the "bypass" (102) or "in operation” operating modes (104) are exited, when a stop command is given for the Rankine cycle or when failures are detected. For example, stopping the vehicle engine leads to a stop order of the Rankine cycle.
  • the system then returns to the idle state (100).
  • the expansion machine (304) will then gradually be flooded by the working fluid in the liquid state as the temperature of the system falls.
  • the liquid working fluid (308) contained in an expansion vessel (328) placed between a condenser (305) and a pump (306) of the Rankine cycle is vented to atmospheric pressure or pressurized by the valve proportional electric (329). The descent into temperature of the system tends to create a depression in the system.
  • the system draws the liquid working fluid (308) contained in the expansion vessel (328) to have only a single liquid phase at substantially atmospheric pressure or at a substantially higher pressure throughout the system. system.
  • the entry of air into the circuit, and therefore oxygen deleterious to the life of fluids and materials, is limited.
  • it may be rotating or not. Its output shaft is mounted on a freewheel (311).
  • the motor (301) can rotate freely without the trigger machine (304) rotating. Whatever the mode, when the conditions are right, the machine starts spinning freely. When its speed reaches that of the motor, the freewheel (311) is blocked and the machine (304) is connected to the motor (301): it then provides torque and thus contributes to the reduction of the motor consumption (301).
  • the machine disconnects freely when it does not turn fast enough. For example, when the pressure difference between the inlet (314) and the exhaust (317) is not high enough (typically less than 5 bars), then the efficiency of the machine does not allow its rotation whatever the mode of operation.
  • the starter (318) is advantageously actuated at the same time as the bypass valve (315) during the transition from the bypass mode (102) to the operating mode (104).
  • the starter (318) is inactive in the absence of compressed and active air when a certain pressure of compressed air is applied to it (typically 6 to 8 bar relative).
  • a certain pressure of compressed air typically 6 to 8 bar relative.
  • the expansion machine (304) would not start under the action of the starter (318)
  • the inlet vapor pressure would increase rapidly to get out of the operating condition limits and again to switch the control to bypass (102), bypass valve (315) open.
  • the conditions would be checked again and the computer would launch a second start test by going again from mode (102) to mode (104).
  • FIG. 3 shows a starter scheme (318).
  • FIG. 4 represents an isometric view of a piston volumetric expansion device (304) having a pneumatic starter (318).
  • the starter (318) is composed of a pneumatic actuator having a body (205), attached to the body of the machine (304) by a first pivot connection (204), and a rod (203).
  • the rod (203) is connected by a pivot connection (202) on a lever arm (201) mounted on a free wheel (207).
  • the freewheel (207) in turn actuates the shaft (200) of the expansion machine (304).
  • the starter is configured to force the rotation of the expansion machine (304) in a given direction and a few degrees (typically between 20 and 60 °). In doing so, the machine becomes driving and starts to turn faster and faster. It disconnects from the starter with the freewheel (207), then when it reaches the speed of the motor (301) it connects to the motor shaft (313) through the freewheel (311).
  • the starter (318) is not positioned as shown in Figure 1, i.e. after the seal (309) on the shaft of the expansion machine ( 304) in the direction of the motor (301). It is placed axially on the other side of the machine.
  • the starter is also more complex than illustrated in Figure 3 because it has a bevel gear made by intermediate pieces (208, 209).
  • the machine (304) has a high pressure inlet port (212) and a bypass valve (315).
  • a pneumatic cylinder (205) has a compressed air inlet (206) and a rod (203).
  • the rod (203) under the action of compressed air can exit the body (205) or enter it in the absence of compressed air pressure by means of a return spring integrated into the body ( 205).
  • An intermediate lever arm (208) allows transmission of the movement of the rod.
  • this lever arm makes it possible to increase the transmitted force by reducing the movement so that a small jack (205) makes it possible to obtain sufficient torque when starting the machine (304).
  • This intermediate lever arm (208) pivots on its link (210) and actuates an intermediate rod (209).
  • This intermediate rod (209) in turn actuates a lever arm (201) mounted on the wheel free (207) fixed on the shaft (200) of the machine (304).
  • the pivot connection (210) and the cylinder body (205) are fixed to the machine (304) by means of a fastener (211).
  • a fixing port (213) of a temperature sensor is located on the machine. This allows the measurement via a temperature sensor of the temperature in the expansion zone (316) of the machine. This sensor is placed on one of the cylinders. It is preferentially the cylinder which reaches last the criterion of starting.

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Abstract

La présente invention concerne une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine, comprenant un capteur de température intégré dans une zone d'expansion (316) comprenant au moins une cavité, dans laquelle des moyens mobiles sont disposés pour entraîner un arbre moteur (313), et un capteur de pression disposé en aval de la zone d'expansion (316), lesdits capteurs délivrant un signal électrique exploité par un calculateur commandant l'état de ladite vanne de dérivation (315) commandant la circulation de fluide dans un canal de dérivation formé entre une zone d'admission (314) à haute pression d'un fluide de travail (308) sous pression raccordée à l'orifice d'admission et une zone d'échappement à basse pression (317) comprenant la transmission entre les moyens mobiles et l'arbre moteur (313) et raccordée à l'orifice d'échappement.

Description

MACHINE DE DETENTE VOLUMETRIQUE POUR CYCLE DE RANKINE ,
ET PROCEDE DE COMMANDE
Domaine de 1 ' invention La présente invention concerne le domaine des machines de détente réalisant une conversion de la chaleur perdue d'un moteur à combustion interne dans un cycle de Rankine en énergie mécanique pouvant être transférée à un arbre entraînant le moteur à combustion interne. Le domaine d'application concerne tous types de moteur à combustion interne, par exemple ceux équipant les véhicules et en particulier les camions, bus et voitures particulières.
Les machines de détente peuvent être de plusieurs types : · des turbomachines utilisant une turbine
• des machines volumétriques , utilisant un ou plusieurs pistons agissant sur un embiellage qui peut être constitué par un plateau incliné (« swashplate » en anglais) ou oscillant (« wobble plate » en anglais), ou un embiellage de type bielle-manivelle, ou encore une spirale (« scroll » en anglais) ou une vis (« screw » en anglais).
L'invention concerne les machines de détente du second type, à savoir les machines volumétriques. Les turbomachines sont en effet mal adaptées pour fonctionner avec des fluides « humides » comme l'eau ou l'éthanol, car elles supportent mal les gouttelettes qui peuvent se former lors de la détente du fluide de travail introduit en phase gazeuse. Une machine de détente volumétrique comprend de façon générale un orifice d'admission relié à un canal d'admission et un orifice d'échappement relié à un canal d'échappement. Ces deux orifices d'admission et d'échappement sont ménagés dans le corps de la machine. Une telle machine est de façon générale composée de trois zones : une zone d'admission à haute pression, une zone d'expansion et une zone d'échappement à basse pression. La zone d'admission est connectée à la zone d'expansion, elle-même connectée à la zone d'échappement. La zone d'expansion est formée par des moyens mobiles. La zone d'échappement comprend une transmission de l'effort produit par les moyens mobiles à un arbre tournant. Un canal de dérivation s'étend de la zone d'admission haute pression à la zone d'échappement basse pression. Une vanne de dérivation est reliée à la zone d'admission ou est intégrée dans celle-ci et ouvre ou ferme le canal de dérivation en fonction de sa position ouverte ou fermée.
L'invention porte plus particulièrement sur les différents modes de fonctionnement d'une telle machine volumétrique et sur son accouplement au moteur à combustion interne . A l'arrêt, la machine est dans un premier mode de fonctionnement, dit « état au repos », où la machine est remplie de fluide de travail à l'état liquide. La vanne de dérivation est alors en position ouverte.
Lorsque l'on passe de l'état de repos à un état dit « en dérivation » suite à une consigne de fonctionnement du cycle de Rankine, on commence par envoyer de la vapeur chaude par l'orifice d'admission pour purger le fluide de travail à l'état liquide. Cette vapeur circule à l'intérieur du canal de dérivation en passant par la vanne de dérivation, toujours en position ouverte.
Lorsque l'on passe de l'état en dérivation à un état dit « en fonctionnement » suite à la validation des conditions de fonctionnement de la machine de détente, on ferme la vanne de dérivation.
Etat de la technique
On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet internationale WO2017008094 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 présentant au moins une machine de détente transmettant un couple au moteur à combustion interne et pouvant être contourné par l'intermédiaire d'une voie d'écoulement de dérivation, au moins un évaporateur et au moins une pompe pour un fluide de travail, ledit au moins un évaporateur étant agencé dans la région du système d ' échappement du moteur à combustion interne . La machine de détente peut fonctionner selon différents modes. Elle est raccordée en entraînement, dans au moins un mode de fonctionnement, à un arbre d'entraînement auxiliaire du moteur à combustion interne. Sur la base d'au moins une variable d'entrée, un mode de fonctionnement est sélectionné par un dispositif de commande et le système de récupération de chaleur perdue fonctionne alors dans ce mode. La variable d'entrée est sélectionnée dans le groupe comprenant les éléments suivants : vitesse de rotation de la machine de détente (n), information concernant les rapports de boite (GI), information de ralentissement (CI), pression (pl, p2 ) et température (Tl, T2 ) du fluide de travail en amont et en aval de la machine de détente par 1 ' intermédiaire du dispositif de commande. Un premier mode de fonctionnement est associé à une phase de mise en température de la machine de détente, et un deuxième mode de fonctionnement à une phase de fonctionnement normal de la machine de détente.
Dans le premier mode, la voie d'écoulement de dérivation est ouverte et la machine de détente n'est pas raccordée à un arbre d'entraînement auxiliaire du moteur à combustion interne.
Dans le deuxième mode, la voie d'écoulement de dérivation est fermée et la machine de détente est raccordée au moteur à combustion interne. Le deuxième mode est sélectionné lorsque la pression (p2) et/ou la température (T2) du fluide de travail en aval de la machine de détente dépassent une valeur définie.
On connaît aussi le brevet AT512921 décrivant un procédé consistant à connecter un réservoir de stockage aux vannes de commande et à une pompe d'alimentation. Les vannes de commande distribuent le fluide de travail aux échangeurs de chaleur. Une machine de détente est connectée en aval de l'échangeur de chaleur à un condenseur. Le condenseur est relié à une pompe de circulation qui est reliée au réservoir de stockage. Le fluide de travail est transmis aux échangeurs de chaleur. Le débit massique du fluide de travail dans les échangeurs de chaleur est contrôlé par les vannes de commande, pour atteindre une surchauffe prédéterminée du fluide de travail. Le cycle de Rankine ainsi décrit comprend en outre une vanne de commutation basculant de manière contrôlée entre un premier trajet d'écoulement direct vers la machine de détente, ou un deuxième chemin d'écoulement à travers une vanne de laminage. Ce brevet décrit le procédé de contrôle d'un tel système pour réaliser une opération d'expansion suivant les étapes suivantes: a) l'opération d ' échauffement
L'opération d ' échauffement pendant laquelle la température du fluide de travail est contrôlée, en fonction de la température d'entrée du fluide caloporteur à l'échangeur de chaleur et le débit massique du fluide de travail. Dans cette opération, le deuxième chemin à travers la vanne de laminage est choisi. b) opération d ' évaporation
Dans le processus d ' évaporation, le fluide de travail à la sortie de l'échangeur de chaleur est diphasique à la température de la vapeur saturée. A ce moment, le débit massique de fluide de travail est réduit par l'intermédiaire d'une vanne de commande, il se produit une augmentation de température et le processus de surchauffe est atteint. Dans cette opération, le deuxième chemin à travers la vanne de laminage est choisi. c) opération de surchauffe
La température de la vapeur de fluide de travail est contrôlée pour être supérieure à la température de la vapeur saturée d'une valeur prédéterminée. Dans cette opération, le deuxième chemin à travers la vanne de laminage est choisi. d) faire fonctionner la machine de détente
A ce moment, à partir d'un certain degré de surchauffe, le premier trajet d'écoulement direct vers la machine de détente est choisi et la machine est démarrée.
On connaît également dans l'état de la technique le brevet allemand DE102015204385 décrivant un autre exemple connu de machine à pistons axiaux comportant un rotor monté rotatif dans un carter, des cylindres disposés autour du rotor, dans lesquels des pistons sont disposés en translation. Inconvénients de l'art antérieur
En premier lieu, le brevet WO201708094 concerne une machine à cycle de Rankine utilisant une turbine et non pas une machine de type volumétrique . En second lieu, la commande du passage entre le premier mode de fonctionnement et le second mode de fonctionnement est basée sur la pression et/ou la température mesurée à la sortie de l'échappement de la machine.
Les solutions de l'art antérieur prévoient la présence d'un capteur de pression et/ou de température à l'extérieur de la machine de détente, ce qui conduit à une réactivité médiocre de la phase de démarrage. Dans le cas décrit dans la demande de brevet WO201708094, le principe de la turbomachine exclut d'ailleurs toute autre solution pour le placement du capteur de pression et/ou de température.
Dans toutes les solutions de l'art antérieur, on prend en compte des paramètres extérieurs à la machine, soit au niveau du conduit d'admission, soit au niveau du conduit d'échappement, ce qui facilite bien sur l'intégration des capteurs, mais se traduit par une inertie préjudiciable à la récupération de chaleur et sa conversion en énergie utile. Les performances des solutions de l'art antérieur, en ce qui concerne l'efficacité énergétique, sont donc médiocres : notamment le temps de préchauffage de la machine est allongé.
Solution apportée par l'invention
L'objet du présent brevet concerne le passage entre le mode en dérivation et le mode en fonctionnement. Ce passage constitue un enjeu technique critique. Le mode de dérivation n'est pas productif. Celui-ci doit durer le moins longtemps possible afin de maximiser la production mécanique de la machine de détente.
Le passage entre ces deux modes requiert la validation d'un jeu de conditions de fonctionnement afin que la machine de détente opère dans des plages de fonctionnement admissibles. Le rôle du mode de dérivation est donc de passer d'un mode au repos au mode de fonctionnement en faisant converger un ensemble des paramètres vers des valeurs acceptées par la machine afin notamment que sa lubrification soit assurée et qu'elle ne s'use pas ni ne casse. Afin de réduire le temps de séjour en mode dérivation, un ensemble de capteurs est judicieusement placé pour déterminer au plus vite l'état de la machine de détente sans attendre la convergence lente de capteurs externes à la machine due à l'inertie thermique du système.
Il faut en particulier s'assurer de l'absence de fluide de travail liquide dans la machine. Un moyen de le savoir est de mesurer une température du fluide de travail dans la machine et de comparer celle-ci à la température de saturation du fluide de travail à la pression la plus basse mesurée dans la machine. Si la température mesurée est au- dessus de la température de saturation, il est possible de considérer que la machine est prête à tourner si les autres conditions externes concernant la vapeur admise par exemple sont acceptables.
Afin de remédier aux inconvénients précités, la présente invention concerne selon son acception la plus générale une machine de détente volumétrique conforme à la revendication 1, prise isolément ou en combinaison avec une ou plusieurs des revendications dépendantes.
L'invention se distingue notamment des solutions de l'art antérieur par le fait que la température est mesurée non pas dans l'échappement, mais dans la zone d'expansion. Cette solution, contrairement à celles proposées dans l'art antérieur, permet de prendre en compte l'état réel du fluide de travail dans la zone d'expansion. Cette solution permet d'éviter que le fluide ne soit liquide, et de vérifier l'état de surchauffe avant le démarrage. Une des conséquences bénéfiques est un démarrage plus rapide par rapport aux solutions de l'art antérieur.
L'invention concerne aussi un procédé de contrôle d'une telle machine de détente volumétrique conforme à la revendication 8 prise isolément ou en combinaison avec une ou plusieurs des revendications dépendantes.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de
1 ' invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :
- la figure 1 représente une vue schématique d'un cycle de Rankine selon l'invention - la figure 2 représente le procédé de contrôle de la machine de détente
- la figure 3 représente une vue schématique du démarreur de la machine de détente la figure 4 représente une vue isométrique extérieure de la machine de détente
Présentation schématique d'un cycle de Rankine selon
11 invention
La figure 1 représente une vue schématique d'un cycle de Rankine selon l'invention. Un cycle de Rankine récupère la chaleur perdue du moteur à combustion interne (301). Cette chaleur peut être récupérée à plusieurs endroits : sur le circuit de refroidissement, sur le refroidissement de l'air comprimé en amont du moteur, sur le refroidissement des gaz d'échappement recirculés dans le moteur ou sur les gaz d'échappement (302) tel que représenté dans la figure 1.
Dans ce dernier cas, un échangeur de chaleur (307) est inséré en dérivation sur la ligne d'échappement après le système de dépollution (303). Une vanne de dérivation (327) répartit proportionnellement les débits entre l' échangeur de chaleur (307) et l'échappement normal.
L' échangeur (307) est un évaporateur destiné à évaporer le fluide de travail (308) du cycle de Rankine. Le fluide de travail (308) est aspiré par la pompe (306) depuis un vase d'expansion (328) à pression contrôlée par la vanne électrique (329). La vanne électrique proportionnelle (329) régule la pression d'air dans le vase d'expansion (328) soit en reliant le vase d'expansion à la source d'air comprimé (321), soit en reliant le vase d'expansion (328) à 1 ' atmosphère .
La température et la pression du fluide de travail en amont de la pompe ainsi qu'en aval de 1 'évaporateur (307) sont mesurées par des capteurs. Le calculateur du cycle de Rankine reçoit ces signaux pour commander les actionneurs du système ainsi qu'une température de la vapeur dans la machine de détente (304) mesurée soit dans la zone d'expansion (316) soit dans la zone d'échappement (317).
La vapeur produite dans 1 'évaporateur (307) circule jusqu'à la machine de détente (304). La machine de détente comprend trois zones : la zone d'admission (314) de la vapeur à haute pression qui est connectée à la zone d'expansion (316), elle-même connectée à la zone d'échappement (317) à basse pression. La vanne de dérivation (315) ouvre et ferme un canal de dérivation mettant en communication la zone d'admission (314) et la zone d'échappement (317). Cette vanne de dérivation (315) est avantageusement pneumatique et est connectée à une source d'air comprimé (321). Une vanne électrique (320) contrôle l'admission d'air dans la vanne de dérivation (315) soit en reliant la vanne de dérivation à la source d'air comprimé (321), soit en reliant la vanne de dérivation (315) à l'atmosphère. Le canal de dérivation ou la vanne de dérivation comprend en outre une restriction, typiquement de l'ordre de 20mm2 afin de limiter le débit volumique traversant le canal de dérivation et de provoquer une montée en pression de la zone en amont de la restriction. La vapeur à basse pression échappée de la machine de détente (304) depuis la zone d'échappement (317) circule dans un condenseur (305) afin de retourner à l'état liquide. Le condenseur (305) est refroidi soit par un fluide du moteur à combustion interne (301) soit par de l'air ambiant. Par exemple, un ou plusieurs des circuits de refroidissement du moteur (301) peut être utilisé. Le fluide de travail condensé retourne alors dans le vase d'expansion (328).
La machine de détente (304) est connectée à un arbre tournant (313) du moteur à combustion interne (301). Un premier joint d'étanchéité (309) est disposé sur l'arbre au plus près de la zone d'échappement (317) afin de limiter le volume de la zone contenant le fluide de travail. Ce joint sert à étanchéifier le circuit du cycle de Rankine et à éviter les fuites de fluide de travail hors du cycle ainsi que la pénétration d'air dans le circuit.
La machine de détente (304) est fixée sur le moteur (301) par une bride (319) et éventuellement d'autres moyens de fixation. La fixation par une bride unique est intéressante car elle limite le nombre d'interface avec le moteur (301) et la machine (304) peut alors se fixer tel un accessoire (pompe hydraulique, ...) sur une prise de mouvement du moteur (301). la bride peut être positionnée en retrait de la transmission de la machine de détente (304) de sorte à ce qu'une partie de cette transmission rentre dans le moteur (301) pour se connecter à l'arbre tournant (313) à l'intérieur de celui-ci.
Du côté du moteur (301), des engrenages ( 312 ) permettent d'adapter la vitesse de rotation de l'arbre du moteur (313) à celle de la machine de détente (304) qui tourne généralement plus rapidement. Le rapport de vitesse est fixe et est typiquement compris entre 1 et 4.
Une roue libre (311) est disposée à la sortie des engrenages du côté de la machine de détente (304). Celle-ci permet la rotation du moteur (301) sans que la machine de détente (304) ne soit entraînée en rotation. Lorsque la machine de détente (304) tourne à la même vitesse que le moteur (301), la roue libre (311) se bloque et la machine de détente (304) peut transmettre du couple sur l'arbre moteur (313). Un deuxième joint d'étanchéité (330) placé sur l'arbre permet d ' étanchéifier le moteur (301) et d'éviter que de l'huile du moteur ne puisse fuir. Les engrenages (312) et la roue libre (311) sont lubrifiés par l'huile du moteur (301).
Entre les deux joints d'étanchéité sont optionnellement disposés un élément élastique (310) ainsi qu'un démarreur (318). L'élément élastique (310) permet de décaler les fréquences de résonnances de la ligne d'arbre dues aux excitations des accélérations angulaires dues à la fois à la machine de détente (304) et au moteur (301) afin d'éviter la casse de la transmission depuis la machine de détente (304) jusqu'au moteur (301). L'élément élastique (310) est composé d'éléments de faible raideur torsionnelle permettant d'exclure les pics de résonances de la plage de fonctionnement. L'élasticité est généralement obtenue à l'aide d'un disque en élastomère (par exemple du polyuréthane ) . La dureté de l'élastomère et l'inertie du disque permettent d'ajuster les fréquences propres de la transmission en fonction des caractéristiques mécaniques du moteur (301). L'élasticité peut aussi être obtenue avec des dispositifs comportant deux parties liées par des ressorts ou des aimants permanents.
Le positionnement relatif des éléments de la ligne d'arbre entre les engrenages (312) et le premier joint d'étanchéité (309), c'est-à-dire l'ensemble roue-libre (311) joint (330) élément élastique (310) et démarreur (318), peuvent être disposés de manière différente en fonction des conditions extérieures (encombrement). Par exemple, la roue- libre (311) pourra être disposée directement après le premier joint d'étanchéité (309) et après le démarreur (318) sans que cela ne remette en cause le fonctionnement de la ligne.
Le démarreur (318) permet lors du passage du mode en dérivation (102) au mode en fonctionnement (104) de lancer la rotation de la machine de détente (304) si celle-ci ne démarre pas toute seule. En effet, certaines machines de détente à piston ont besoin de vaincre un couple de démarrage avant d'être motrices. Ce démarreur est avantageusement pneumatique et raccordé sur la même ligne d'air comprimé que la vanne de dérivation (315) et est donc commandé par la même vanne électrique (320) que la vanne de dérivation (315). Cela permet de réduire le nombre d ' actionneurs et de connexions au calculateur. Le démarreur (318) peut en outre comprendre un limiteur de couple permettant d'éviter de forcer le démarrage et donc la rotation de la machine (304) si celle-ci est bloquée, par exemple, par du fluide de travail liquide.
Présentation du procédé de contrôle de la machine de détente selon 1 ' invention La figure 2 représente le procédé de contrôle de la machine de détente.
A l'arrêt, la machine est dans un premier mode de fonctionnement, dit « état au repos » (100), où la machine (304) est remplie de fluide de travail (308) à l'état liquide. La vanne de dérivation (315) est alors en position ouverte.
Lorsque l'on passe de l'état de repos à un état dit « en dérivation » (102) suite à une consigne de fonctionnement du cycle de Rankine et à l'absence de défaillance relevée par le calculateur (101), on commence par envoyer de la vapeur chaude par l'orifice d'admission pour purger le fluide de travail à l'état liquide. Cette vapeur circule à l'intérieur du canal de dérivation en passant par la vanne de dérivation (315), toujours en position ouverte. Lorsque l'on passe de l'état en dérivation à un état dit « en fonctionnement » (104) suite à la validation des conditions de fonctionnement de la machine de détente (103), on ferme la vanne de dérivation. La vanne de dérivation (315) est de manière avantageuse de type pneumatique. Une vanne électrique (320) de commande de l'air comprimé ouvre ou ferme le conduit d'air comprimé (321) jusqu'à la vanne de dérivation (315). De manière avantageuse, la vanne de dérivation (315) est ouverte en l'absence d'air comprimé et fermée lorsqu'une certaine pression d'air comprimé lui est appliquée (typiquement 6 à 8 bars relatifs).
Les conditions de fonctionnement de la machine sont un ensemble de lois de contrôle choisies parmi les exemples suivants mais non limitées à ceux-ci :
• La température de la vapeur mesurée, soit dans la zone d'expansion (316), soit dans la zone d'échappement (317), est supérieure de quelques degrés (typiquement 5°C) à la température de saturation du fluide de travail à la pression mesurée dans la zone d'échappement (317)
· La température de la vapeur admise dans la zone d'admission (314) est supérieure de quelques degrés (typiquement 5°C) à la température de saturation du fluide de travail à la pression de la vapeur admise dans la zone d'admission (314)
• La température de la vapeur échappée de la zone d'échappement (317) est supérieure de quelques degrés (typiquement 5°C) à la température de saturation du fluide de travail à la pression de la vapeur échappée de la zone d'échappement (317)
• La température de la vapeur admise dans la zone d'admission (314) est inférieure à un seuil maximal (typiquement 225°C ou 250°C) · La pression de la vapeur admise dans la zone d'admission (314) est inférieure à un seuil maximal (typiquement 35 ou 40 bars absolus)
• Autorisation de fonctionnement de la machine de détente (304) Avantageusement, des temporisations peuvent être mises en place sur tout ou partie de ces conditions afin de filtrer des évolutions temporaires et d'éviter des changements de mode intempestifs. Par exemple, la machine de détente peut accepter de la vapeur saturée en admission ou en échappement pendant 30 secondes.
Lorsque les conditions de fonctionnement (103) de la machine ne sont plus remplies, l'on quitte l'état « en fonctionnement » (104) pour repasser au mode « en dérivation » (102) . La chute de pression qui s'en suit peut permettre de retrouver des conditions de fonctionnement acceptables pour la machine .
L'on quitte les modes de fonctionnement « en dérivation » (102) ou « en fonctionnement » (104), lorsqu'un ordre d'arrêt du cycle Rankine est donné ou lorsque des défaillances sont relevées. Par exemple, l'arrêt du moteur du véhicule conduit à un ordre d'arrêt du cycle de Rankine. Le système retourne alors dans l'état de repos (100) . La machine de détente (304) sera alors progressivement noyée par le fluide de travail à l'état liquide au fur et à mesure de la descente en température du système. Le fluide de travail (308) liquide contenu dans un vase d'expansion (328) placé entre un condenseur (305) et une pompe (306) du cycle de Rankine est mis à la pression atmosphérique ou mis à pression plus élevée par la vanne électrique proportionnelle (329) . La descente en température du système tend à créer une dépression dans le système. De ce fait, le système aspire le fluide de travail (308) liquide contenu dans le vase d'expansion (328) de sorte à n'avoir qu'une seule phase liquide à pression sensiblement atmosphérique ou à pression sensiblement plus élevée dans tout le système. De ce fait, l'entrée d'air dans le circuit, et donc d'oxygène délétère à la durée de vie des fluides et des matériaux, est limitée. Dans n'importe lequel des trois modes d'opération de la machine de détente, celle-ci peut être tournante ou non. Son arbre de sortie est monté sur une roue libre (311) . Le moteur (301) peut tourner librement sans pour autant que la machine de détente (304) ne tourne. Quel que soit le mode, lorsque les conditions sont réunies, la machine se met à tourner librement. Lorsque sa vitesse atteint celle du moteur, la roue libre (311) se bloque et la machine (304) est connectée au moteur (301) : elle fournit alors du couple et contribue ainsi à la réduction de consommation du moteur (301). La machine se déconnecte librement lorsqu'elle ne tourne pas assez vite. A titre d'exemple, lorsque la différence de pression entre l'admission (314) et l'échappement (317) n'est pas assez élevée (typiquement moins de 5 bars ) alors le rendement de la machine ne permet pas sa rotation quel que soit le mode d'opération.
Dans le cas où un démarreur (318) est utilisé, celui-ci est avantageusement actionné en même temps que la vanne de dérivation (315) lors du passage du mode en dérivation (102) au mode en fonctionnement (104). De manière avantageuse, le démarreur (318) est inactif en l'absence d'air comprimé et actif lorsqu'une certaine pression d'air comprimé lui est appliquée (typiquement 6 à 8 bars relatifs). Dans le cas où la machine de détente (304) ne démarrerait pas sous l'action du démarreur (318), la pression de vapeur à l'admission augmenterait rapidement pour sortir des limites des conditions de fonctionnement faisant à nouveau basculer le contrôle en mode de dérivation (102), vanne de dérivation (315) ouverte. Rapidement les conditions redeviendraient contrôlées et le calculateur lancerait un deuxième essai de démarrage en passant à nouveau du mode (102) au mode (104).
Présentation du démarreur de la machine de détente selon
1 ' invention
La figure 3 représente un schéma de démarreur (318).
La figure 4 représente une vue isométrique de machine de détente (304) volumétrique à pistons présentant un démarreur pneumatique (318).
Le démarreur (318) est composé d'un actionneur pneumatique présentant un corps (205), fixé sur le corps de la machine (304) par un première liaison pivot (204), et une tige (203). La tige (203) est raccordée par une liaison pivot (202) sur un bras de levier (201) monté sur une roue libre (207). La roue libre (207) actionne à son tour l'arbre (200) de la machine de détente (304). Le démarreur est configuré pour forcer la rotation de la machine de détente (304) dans un sens donné et sur quelques degrés (typiquement entre 20 et 60°) . Ce faisant, la machine devient motrice et se met à tourner de plus en plus vite. Elle se déconnecte du démarreur grâce à la roue libre (207), puis lorsqu'elle atteint la vitesse du moteur (301) elle se connecte à l'arbre moteur (313) grâce à la roue libre (311).
Dans la figure 4, le démarreur (318) n'est pas positionné tel qu'indiqué dans la figure 1, c'est-à-dire après le joint d'étanchéité (309) sur l'arbre de la machine de détente (304) dans la direction du moteur (301). Il est placé axialement de l'autre côté de la machine. Le démarreur est également plus complexe qu'illustré dans la figure 3 car il présente un renvoi d'angle effectué par des pièces intermédiaires (208, 209).
La machine (304) possède un orifice d'admission à haute pression (212) ainsi qu'une vanne de dérivation (315). Un vérin pneumatique (205) présente un orifice d'admission d'air comprimé (206) ainsi qu'une tige (203). De manière connue, la tige (203) sous l'action de l'air comprimé peut sortir du corps (205) ou bien rentrer dedans en l'absence de pression d'air comprimé grâce à un ressort de rappel intégré dans le corps (205). Un bras de levier intermédiaire (208) permet une transmission du mouvement de la tige. Avantageusement, ce bras de levier permet une augmentation de la force transmise grâce à une réduction du mouvement de sorte à ce qu'un petit vérin (205) permette d'obtenir le couple suffisant au démarrage de la machine (304). Ce bras de levier intermédiaire (208) pivote sur sa liaison (210) et actionne une tige intermédiaire (209). Cette tige intermédiaire (209) actionne à son tour un bras de levier (201) monté sur la roue libre (207) fixée sur l'arbre (200) de la machine (304). La liaison pivot (210) et le corps du vérin (205) sont fixés sur la machine (304) à l'aide d'une fixation (211).
Un port de fixation (213) d'un capteur de température est situé sur la machine. Celui-ci permet la mesure via un capteur de température de la température dans la zone d'expansion (316) de la machine. Ce capteur est placé sur un des cylindres. Il s'agit préférentiellement du cylindre qui atteint en dernier le critère de démarrage.

Claims

Revendications
1 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine, comprenant un corps extérieur présentant un orifice d'admission et un orifice d'échappement à l'intérieur duquel sont logés :
- une zone d'admission (314) d'un fluide de travail (308) sous pression raccordée à l'orifice d'admission, dite « zone d'admission haute-pression »
- une zone d'expansion (316) comprenant au moins une cavité, dans laquelle des moyens mobiles sont disposés pour entraîner un arbre moteur (313), une zone d'échappement (317) comprenant la transmission entre les moyens mobiles et l'arbre moteur (313) et raccordée à l'orifice d'échappement, dite « zone d'échappement à basse pression » un canal de dérivation formé entre la zone d'admission (314) à haute pression et la zone d'échappement à basse pression (316) une vanne de dérivation (315) commandant la circulation de fluide dans le canal de dérivation caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un capteur de température intégré dans la zone d'expansion (316), et en ce qu'un capteur de pression est disposé en aval de la zone d'expansion (316), lesdits capteurs délivrant un signal électrique exploité par un calculateur commandant l'état de ladite vanne de dérivation (315).
2 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 1 caractérisée en ce que ladite vanne de dérivation (315) est pneumatique et est connectée à une source d'air comprimé (321), une vanne électrique (320) contrôlant l'admission d'air dans la vanne de dérivation (315) soit en reliant la vanne de dérivation à la source d'air comprimé (321), soit en reliant la vanne de dérivation (315) à 1 ' atmosphère .
3 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit canal de dérivation ou la vanne de dérivation comprend une restriction afin de limiter le débit volumique traversant le canal de dérivation.
4 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 1 caractérisée en ce que la machine de détente (304) est connectée à un arbre tournant (313) du moteur à combustion interne (301), un joint d'étanchéité (309) étant disposé sur l'arbre au plus près de la zone d'échappement (317).
5 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication précédente caractérisée en ce qu'un deuxième joint d'étanchéité (330) est placé sur l'arbre pour étanchéifier le moteur (301).
6 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un démarreur (318) permettant lors du passage du mode en dérivation (102) au mode en fonctionnement (104) de lancer la rotation de la machine de détente (304).
7 - Machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 2 et 6 caractérisée en ce que ledit démarreur (318) est de type pneumatique et raccordé sur la même ligne d'air comprimé que la vanne de dérivation (315) et est commandé par la même vanne électrique (320) que la vanne de dérivation (315). 8 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine présentant un orifice d'admission et un orifice d'échappement à l'intérieur de laquelle sont logés : - une zone d'admission (314) d'un fluide de travail
(308) sous pression raccordée à l'orifice d'admission, dite « zone d'admission haute-pression »
- une zone d'expansion (316) comprenant au moins une cavité, dans laquelle des moyens mobiles sont disposés pour entraîner un arbre moteur (313), une zone d'échappement (317) comprenant la transmission entre les moyens mobiles et l'arbre moteur (313) et raccordée à l'orifice d'échappement, dite « zone d'échappement à basse pression » - un canal de dérivation formé entre la zone d'admission (314) à haute pression et la zone d'échappement à basse pression (316) une vanne de dérivation (315) commandant la circulation de fluide dans le canal de dérivation selon soit un mode de fonctionnement, dit « en dérivation » (102), où ladite vanne de dérivation (315) est en position ouverte, soit un mode dit « en fonctionnement » (104) où ladite vanne de dérivation (315) est en position fermée, suite à la validation des conditions de fonctionnement (103) de la machine de détente caractérisé en ce que les conditions de fonctionnement (103) de la machine de détente sont formées à partir des informations fournies par un capteur de température intégré dans la zone d'expansion (316) et un capteur de pression disposé en aval de la zone d'expansion (316). 9 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'un démarreur (318) est actionné lorsque la vanne de dérivation (315) passe en position fermée.
10 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la commande de changement de mode intervient lorsque la température du fluide de travail mesurée par ledit capteur de température est supérieure de 1 à 15 K à la température de saturation du fluide de travail à la pression mesurée dans la zone d'échappement (317). 11 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la commande de changement de mode intervient lorsque la température du fluide de travail admis dans la zone d'admission (314) est supérieure de 1 à 15 K à la température de saturation du fluide de travail à la pression de la vapeur admise dans la zone d'admission (314)
12 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la commande de changement de mode intervient lorsque la température du fluide de travail échappé de la zone d'échappement (317) est supérieure de 1 à 15 K à la température de saturation du fluide de travail à la pression de la vapeur échappée de la zone d'échappement (317).
13 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 ou
9 caractérisé en ce que la commande de changement de mode intervient lorsque la température du fluide de travail admis dans la zone d'admission (314) est inférieure à un seuil maximal compris entre 210°C et 250°C. 14 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que la commande de changement de mode intervient lorsque la pression du fluide de travail admis dans la zone d'admission (314) est inférieure à un seuil maximal compris entre 35 et 45 bars.
15 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon les revendications 8, ou 9 caractérisé en ce que la commande de changement du mode « en dérivation » (102) au mode « en fonctionnement » (104) se fait suite à la validation des conditions de fonctionnement de la machine de détente (103), le retour au mode « en dérivation » (102) depuis le mode « en fonctionnement » (104) s 'effectuant lorsque au moins une des conditions de fonctionnement de la machine de détente (103) n'est plus remplies .
16 — Procédé de contrôle d'une machine de détente volumétrique pour cycle de Rankine selon la revendication précédente caractérisé en ce que la commande de changement de mode est associée à une temporisation.
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