Organe de détente spiro-orbital

Abstract

 Organe de détente spiro-orbital (8) logeant un élément de spirale fixe (13) et un élément de spirale mobile (14) et comprenant un arbre excentrique (10) pourvu d'un plateau (23) porteur de l'élément de spirale mobile (14). L'organe de détente spiro-orbital (8) est pourvu d'un orifice d'admission (19) d'un premier fluide et comprend au moins un canal de dérivation (24) qui est ménagé entre l'orifice d'admission (19) et un point d'arrivée (25) ménagé en vis-à-vis du plateau (23), le point d'arrivée (25) étant équipé d'un joint d'étanchéité (28).

Description

[0001] L'invention porte sur un organe de détente du type organe spiro-orbital logeant un élément de spirale fixe et un élément de spirale mobile, l'organe de détente spiro-orbital comprenant un arbre excentrique pourvu d'un plateau porteur de l'élément de spirale mobile, l'organe de détente spiro-orbital étant pourvu d'un orifice d'admission d'un premier fluide.

[0002] Le document FR2988127 décrit un organe de détente spiro-orbital qui est prévu pour être installé sur une boucle d'échange thermique à l'intérieur de laquelle circule un fluide diphasique ou sous forme vapeur, tel que de l'eau, du dioxyde de carbone ou analogue. L'organe de détente spiro-orbital comprend un élément de spirale fixe, un élément de spirale mobile et un arbre excentrique qui est associé à un vilebrequin. L'élément de spirale fixe comporte une spire fixe qui comprend un enroulement de type développante de cercle ou de type spirale d'Archimède. L'élément de spirale mobile comporte une spire mobile qui est de même type que celle de la spire fixe. La spire mobile est intercalée entre l'enroulement de la spire fixe. Autrement dit, la spire fixe et la spire mobile sont emboîtées l'une dans l'autre, la spire mobile étant mobile par rapport à la spire fixe.

[0003] La spire mobile subit un mouvement circo-orbital qui fait varier un volume interne compris entre deux faces en vis-à-vis de la spire fixe et la spire mobile. La spire mobile est positionnée de manière à ce que le volume interne comprennent une pluralité de chambres d'expansion qui sont diamétralement opposées les unes aux autres. La spire mobile subit un mouvement orbital qui entraîne une augmentation successive d'un volume de chacune des chambres d'expansion. Une telle augmentation de volume des chambres d'expansion permet une détente du fluide diphasique ou sous forme vapeur qui circule depuis un orifice d'admission, ménagé sensiblement au centre radial des spires vers un orifice d'évacuation, ménagé à la périphérie radiale des spires. Ces dispositions sont telles que le fluide diphasique ou sous forme vapeur atteint une pression de décharge à l'orifice d'évacuation qui est inférieure à une pression de charge à l'orifice d'admission.

[0004] Un problème général posé pour un tel organe de détente spiro-orbital réside dans le fait que le fluide diphasique ou sous forme vapeur qui parcourt l'organe de détente spiro-orbital est couramment un fluide conducteur électrique de telle sorte qu'une génératrice électrique liée à un étage de détente que comprend l'organe de détente spiro-orbital est susceptible d'être en liaison avec l'arbre excentrique ce qui peut engendrer une détérioration, voire une cassure de l'arbre excentrique. De plus, dans le cas fréquent où le fluide diphasique ou sous forme vapeur est un fluide bon conducteur thermique, tel que l'eau, l'arbre excentrique tend à s'échauffer rapidement ce qui est préjudiciable.

[0005] Un but de la présente invention est de proposer un organe de détente spiro-orbital qui est robuste, peu encombrant, léger, dont des performances de détente d'un premier fluide sont optimisées, l'organe de détente spiro-orbital étant apte à fonctionner avec un premier fluide qui est diphasique ou sous forme vapeur, tel que de l'eau, un tel fluide étant notamment un bon conducteur électrique, sans que cette caractéristique ne oporte préjudice à une pérennité de l'organe spiro-orbital.

[0006] Un organe de détente de la présente invention est un organe de détente spiro-orbital logeant un élément de spirale fixe et un élément de spirale mobile. L'organe de détente spiro-orbital comprend un arbre excentrique pourvu d'un plateau porteur de l'élément de spiral mobile. L'organe de détente spiro-orbital est pourvu d'un orifice d'admission d'un premier fluide.

[0007] Selon la présente invention, l'organe de détente spiro-orbital comprend au moins un canal de dérivation qui est ménagé entre l'orifice d'admission et un point d'arrivée ménagé en vis-à-vis du plateau, et le point d'arrivée est équipé d'un joint d'étanchéité.

[0008] Le joint d'étanchéité obstrue avantageusement le canal de dérivation.

[0009] Le joint d'étanchéité est avantageusement en contact avec le plateau.

[0010] Le point d'arrivée est avantageusement ménagé en vis-à-vis d'une première face du plateau qui est pourvue de l'arbre excentrique.

[0011] Le joint d'étanchéité est avantageusement en contact avec la première face du plateau.

[0012] Le canal de dérivation est préférentiellement ménagé à l'intérieur d'un carter de l'organe de détente spiro-orbital qui loge l'élément de spirale fixe et l'élément de spirale mobile.

[0013] Le canal de dérivation est notamment agencé en une enveloppe d'un volume d'enceinte qui loge l'élément de spirale fixe et l'élément de spirale mobile.

[0014] Une boucle d'échange thermique de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que la boucle d'échange thermique est équipée d'un tel organe de détente spiro-orbital.

[0015] Une ligne d'échappement de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que la ligne d'échappement est équipée d'une telle boucle d'échange thermique.

[0016] Un véhicule automobile de la présente invention est principalement reconnaissable en ce que le véhicule automobile est équipé d'une telle ligne d'échappement.

[0017] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va en être faite d'exemples de réalisation, en relation avec les figures des planches annexées, dans lesquelles :

[0018] La figure 1 est une vue schématique d'une boucle d'échange thermique de la présente invention.

[0019] La figure 2 est une vue schématique partielle en éclatée d'un organe de détente spiro-orbital de la présente invention qui équipe la boucle d'échange thermique illustrée sur la figure 1.

[0020] La figure 3 est une vue schématique d'étapes successives de fonctionnement de l'organe de détente spiro-orbital illustré sur la figure 2.

[0021] La figure 4 est une vue en coupe transversale partielle de l'organe de détente illustrée sur les figures 2 et 3.

[0022] La figure 5 est une vue schématique en coupe longitudinale de l'organe de détente illustrée sur les figures 2 à 4.

[0023] Sur la figure 1, un véhicule automobile est équipé d'un moteur à combustion interne 1 pour sa mise en mouvement. Le moteur à combustion interne 1 produit des gaz d'échappement 2 qui sont évacués vers un environnement extérieur 3 par l'intermédiaire d'une ligne d'échappement 4. Cette dernière est équipée d'un échangeur thermique 5 constitutif d'une première boucle d'échange thermique 6 à l'intérieur de laquelle circule un premier fluide 7. L'échangeur thermique 5 est destiné à capter des calories véhiculées par les gaz d'échappement 2 pour les transférer au premier fluide 7. L'échangeur thermique 5 constitue préférentiellement un évaporateur pour le premier fluide 7, de telle sorte que ce dernier passe d'un état liquide à un état vapeur à l'intérieur de l'échangeur thermique 5. Selon un sens d'écoulement S du premier fluide 7 à l'intérieur de la boucle d'échange thermique 6, cette dernière comprend l'échangeur thermique 5, un organe de détente spiro-orbital 8, un condenseur 11 à l'intérieur duquel le premier fluide 7 se condense et une pompe 12 pour mettre en circulation le premier fluide 7 à l'intérieur de la boucle d'échange thermique 6. A l'intérieur de l'organe de détente spiro-orbital 8, le premier fluide 7 subit une détente pour transmettre une puissance mécanique 9 à un arbre excentrique 10 que comporte l'organe de détente spiro-orbital 8. L'arbre excentrique 10 est mobile en rotation. L'arbre excentrique 10 est relié à une génératrice non représentée sur la figure.

[0024] Il en résulte que le premier fluide 7 est à l'état de vapeur haute-pression entre l'échangeur thermique 5 et l'organe de détente spiro-orbital 8, que le premier fluide 7 est à l'état de vapeur basse-pression entre l'organe de détente spiro-orbital 8 et le condenseur 11, que le premier fluide 7 est à l'état de liquide basse pression entre le condenseur 11 et la pompe 12, et que le premier fluide 7 est à l'état de liquide haute-pression entre la pompe 12 et l'échangeur thermique 5. Le premier fluide 7 est un fluide diphasique, tel que de l'eau, du dioxyde de carbone ou analogue.

[0025] Sur la figure 2, l'organe de détente spiro-orbital 8 comprend un élément de spirale fixe 13, un élément de spirale mobile 14, un organe de couple anti-rotation 15 et l'arbre excentrique 10 qui est associé à une première face 26 de l'organe de détente spiro-orbital 8 contre laquelle s'appuie l'élément de spirale mobile 14. L'élément de spirale fixe 13 comporte une spire fixe 13', du type spire d'Archimède ou déroulante de cercle, qui comprend des circonvolutions 13" d'enroulement de la spire fixe 13' sur elle-même. L'élément de spirale mobile 14 comporte une spire mobile 14', qui est de même type que celle de la spire fixe 13', voire qui est homothétique à cette dernière. La spire mobile 14' est intercalée entre les circonvolutions 13" de la spire fixe 13'. Autrement dit, la spire fixe 13' et la spire mobile 14' sont emboîtées l'une dans l'autre, la spire mobile 14' étant mobile par rapport à la spire fixe 13'. L'organe de couple anti-rotation 15 est par exemple une bague de Oldham qui permet, en association avec l'arbre excentrique 10, de réaliser un mouvement circulaire de l'arbre excentrique 10 à partir d'un mouvement orbital de la spire mobile 14'.

[0026] Sur la figure 3, la spire mobile 14' subit un mouvement circo-orbital qui fait varier un volume interne 17 compris entre deux faces en vis-à-vis de la spire fixe 13' et la spire mobile 14'. Plus particulièrement, et en se reportant également sur la figure 4, la spire mobile 14' comporte une face externe mobile 14a' et une face interne mobile 14b', et la spire fixe 13' comporte une face externe fixe 13a' et une face interne fixe 13b'. La face externe mobile 14a' est la face de la spire mobile 14' qui est orientée vers l'extérieur de la spire mobile 14' tandis que la face interne mobile 14b' est la face de la spire mobile 14' qui est orientée vers l'intérieur de la spire mobile 14'. La face externe fixe 13a' est la face de la spire fixe 13' qui est orientée vers l'extérieur de la spire fixe 13' tandis que la face interne fixe 13b' est la face de la spire fixe 13' qui est orientée vers l'intérieur de la spire fixe 13'. Le volume interne 17 est délimité d'une part par la face externe mobile 14a' et la face interne fixe 13b' et d'autre part la face interne mobile 14b' et la face externe fixe 13a'.

[0027] La spire mobile 14' est positionnée de manière à ce que le volume interne 17 comprennent une pluralité de chambres d'expansion 18 qui sont diamétralement opposées les unes aux autres. La spire mobile 14' subit un mouvement orbital qui entraîne une augmentation successive d'un volume de chacune des chambres d'expansion 18. Une telle augmentation de volume des chambres d'expansion 18, visible sur les étapes successives numérotées de 1 à 8 décomposant le mouvement orbital de la spire mobile 14', permet une détente du premier fluide 7 qui circule depuis un orifice d'admission 19, ménagé sensiblement au centre radial des spires 13', 14' vers un orifice d'évacuation 20, ménagé à la périphérie radiale des spires 13',14'. Ces dispositions sont telles que le premier fluide 7 atteint une pression de décharge à l'orifice d'évacuation 20 qui est inférieure à une pression de charge à l'orifice d'admission 19.

[0028] Sur la figure 5, l'organe de détente spiro-orbital 8 comprend un carter 21 qui loge l'élément de spirale fixe 13 et l'élément de spirale mobile 14 et dont émerge l'arbre excentrique 10. Le carter 21 est également pourvu de l'orifice d'admission 19 du premier fluide 7 qui est préférentiellement ménagée à l'opposé de l'arbre excentrique 10. Le carter 21 délimite un volume d'enceinte 22 à l'intérieur duquel sont disposés l'élément de spirale fixe 13 et l'élément de spirale mobile 14, le volume d'enceinte 22 étant en relation aéraulique avec l'orifice d'admission 19. Le volume d'enceinte 22 loge un plateau 23 qui est interposé entre l'arbre excentrique 10 et l'élément de spirale mobile 14.

[0029] L'organe de détente spiro-orbital 8 est avantageusement pourvu d'au moins un canal de dérivation 24 qui relie l'orifice d'admission 19 à au moins un point d'arrivée 25 ménagé en vis-à-vis du plateau 23. Plus particulièrement, le point d'arrivée 25 est ménagé en vis-à-vis de la première face 26 du plateau 23, la première face 26 étant pourvu de l'arbre excentrique 10. La première face 26 est par ailleurs la face opposée à une deuxième face 27 du plateau 23 qui est porteur de l'élément de spirale mobile 14.

[0030] Le point d'arrivée 25 est avantageusement équipé d'un joint d'étanchéité 28 qui obstrue le canal de dérivation 24. Ce dernier véhiculant le premier fluide 7 à une pression qui est la pression la plus importante entre une pression d'admission et une pression de refoulement du premier fluide 7 à l'intérieur de l'organe de détente spiro-orbital 8 ou bien qui est une pression intermédiaire entre la pression d'admission et la pression de refoulement du premier fluide 7 à l'intérieur de l'organe de détente spiro-orbital 8, puisqu'en relation avec l'orifice d'admission 19, il en découle que le joint d'étanchéité 28 est constamment appuyé contre la première face 26 du plateau 23. Il en résulte un contact constant entre le joint d'étanchéité 28 et le plateau 23. Il en découle finalement que l'arbre excentrique 10 est isolé du premier fluide 7 et qu'une étanchéité optimisée est réalisée entre le volume d'enceinte 22 et l'arbre excentrique 10.

[0031] Selon diverses variantes, l'organe de détente spiro-orbital 8 comprend un ou plusieurs canal/canaux de dérivation 24 tel que décrit ci-dessus, chaque canal de dérivation 24 étant équipé d'un joint d'étanchéité 28 en son point d'arrivée 25.

[0032] Préférentiellement, chaque canal de dérivation 24 est ménagé à l'intérieur d'une âme du carter 21, autrement dit à l'intérieur d'une matière constituant le carter 21 de telle sorte que l'organe de détente spiro-orbital 8 est le plus léger possible. De plus, un tel agencement du canal de dérivation 24 procure une isolation du volume d'enceinte 22 ménagé au coeur de l'organe de détente spiro-orbital 8, le canal de dérivation 24 étant lui ménagé en périphérie de l'organe de détente spiro-orbital 8. Préférentiellement, le canal de dérivation 24 est agencé en une enveloppe du volume d'enceinte 22 qui entoure ce dernier. Il en résulte aussi une minimisation d'un encombrement global de l'organe de détente spiro-orbital 8 et une optimisation du volume d'enceinte 22.

[0033] Il résulte de ces dispositions une isolation électrique entre la génératrice reliée à l'arbre excentrique 10 et le premier fluide 7 ce qui augmente une pérennité de l'arbre excentrique 10.

[0034] Il résulte par ailleurs de l'ensemble de ces dispositions que l'arbre excentrique 10 est portée à une température qui est la plus faible possible, ce qui procure une pérennité améliorée à l'arbre excentrique 10 lui-même, mais aussi à des roulements avec lequel l'arbre excentrique 10 est en relation.

[0035] De plus, il est particulièrement avantageux que le canal de dérivation 24 équipé du joint d'étanchéité 28 soit en relation avec l'orifice d'admission 19 car il découle une sollicitation du joint d'étanchéité 28 qui est fonction d'une pression d'admission du premier fluide 7. Ainsi, une force appliquée par le joint d'étanchéité 28 sur le plateau 23 est proportionnelle à la pression d'admission du premier fluide 7, et il en découle qu'une force de maintien de l'élément de spirale mobile 14 contre l'élément de spirale fixe 13 est fonction des conditions d'utilisation de l'organe de détente spiro-orbital 8, ce qui minimise des frottements entre les deux dits éléments 14,14' et conforte une pérennité optimisée de l'organe de détente spiro-orbital 8.

Revendications

1. Organe de détente spiro-orbital (8) logeant un élément de spirale fixe (13) et un élément de spirale mobile (14), l'organe de détente spiro-orbital (8) comprenant un arbre excentrique (10) pourvu d'un plateau (23) porteur de l'élément de spiral mobile (14), l'organe de détente spiro-orbital (8) étant pourvu d'un orifice d'admission (19) d'un premier fluide (7), caractérisé en ce que l'organe de détente spiro-orbital (8) comprend au moins un canal de dérivation (24) qui est ménagé entre l'orifice d'admission (19) et un point d'arrivée (25) ménagé en vis-à-vis du plateau (23), et en ce que le point d'arrivée (25) est équipé d'un joint d'étanchéité (28).

2. Organe de détente spiro-orbital (8) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) obstrue le canal de dérivation (24).

3. Organe de détente spiro-orbital (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) est en contact avec le plateau (23).

4. Organe de détente spiro-orbital (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le point d'arrivée (25) est ménagé en vis-à-vis d'une première face (26) du plateau (23) qui est pourvue de l'arbre excentrique (10).

5. Organe de détente spiro-orbital (8) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité (28) est en contact avec la première face (26) du plateau (23).

6. Organe de détente spiro-orbital (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal de dérivation (24) est ménagé à l'intérieur d'un carter (21) de l'organe de détente spiro-orbital (8) qui loge l'élément de spirale fixe (13) et l'élément de spirale mobile (14).

7. Organe de détente spiro-orbital (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal de dérivation (24) est agencé en une enveloppe d'un volume d'enceinte (22) qui loge l'élément de spirale fixe (13) et l'élément de spirale mobile (14).

8. Boucle d'échange thermique (6) équipée d'un organe de détente spiro-orbital (8) selon l'une quelconque des revendications précédentes.

9. Ligne d'échappement (2) d'un véhicule automobile équipée d'une boucle d'échange thermique selon la revendication 8.

10. Véhicule automobile équipé d'une ligne d'échappement (2) selon la revendication 9.

Dessins