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Title:
BYPASS VALVE FOR AN EXPANDER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/229404
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a bypass valve (2) for regulating fluid flow through a bypass channel (15) in parallel with the expansion zone (14) of an expander (1) of a waste heat recovery system, comprising: - a valve body (22), - a sealing member (21), - and an actuator (23) attached to said valve body (22) and configured to actuate said sealing member (21). The valve is a two-way valve and the sealing member (21) controls the fluid flow in said bypass channel (15).

Inventors:
DACCORD, Rémi (C/O EXOES, 6 avenue de la Grande LandeZone artisanale Bersol, GRADIGNAN, 33170, FR)
ROBERT, Sébastien (C/O SCHRADER, 48 rue de Salins, PONTARLIER, 25300, FR)
WATTS, Stéphane (C/O EXOES, 6 avenue de la Grande LandeZone artisanale Bersol, GRADIGNAN, 33170, FR)
DEBAISE, Antoine (Les Simonots, SAXI BOURDON, 58330, FR)
GRESSET, Benoit (C/O SCHRADER, 48 rue de Salins, PONTARLIER, 25300, FR)
Application Number:
FR2018/051347
Publication Date:
December 20, 2018
Filing Date:
June 11, 2018
Export Citation:
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Assignee:
EXOES (6 avenue de la Grande Lande, Zone artisanale Bersol, Gradignan, 33170, FR)
SCHRADER (48 rue de Salins, PONTARLIER, PONTARLIER, 25300, FR)
International Classes:
F01D25/10; F01B27/04; F01K7/36
Domestic Patent References:
WO2015176142A12015-11-26
WO2017144857A12017-08-31
WO2017144860A12017-08-31
Foreign References:
US20120073294A12012-03-29
US20170052548A12017-02-23
US20080099081A12008-05-01
FR1268276A1961-07-28
EP3128137A12017-02-08
US20150330530A12015-11-19
EP3128137A12017-02-08
US20150330530A12015-11-19
Attorney, Agent or Firm:
BREESE, Pierre (IP TRUST, 2 rue de Clichy, Paris, 75009, FR)
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Claims:
Revendications

1 - Vanne de dérivation (2) pour réguler l'écoulement d'un fluide (808) au travers d'un canal de dérivation (15) en parallèle de la zone d'expansion (14) d'une machine de détente (1) d'un système de récupération de chaleur perdue comprenant:

- un corps de vanne (22),

- un obturateur (21),

- et un actionneur (23) fixé sur ledit corps de vanne (22) configuré pour actionner ledit obturateur (21),

caractérisée en ce que

- ladite vanne est une vanne deux voies

- ledit obturateur (21) commande le débit de fluide (808) circulant dans ledit canal de dérivation (15) .

2 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit obturateur (21) est composé d'une tige de commande (250) et d'une bille (251) .

3 - Vanne de dérivation selon la revendication précédente caractérisée en ce que ladite tige de commande (250) présente un siège conique en creux (253) à son extrémité du côté de ladite bille (251) .

4 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit obturateur (21) comporte un élément creux, présentant un perçage axial non débouchant depuis sa face supérieure.

5 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit actionneur (23) est formé par une membrane (230) déformable élastiquement sous l'action d'une pression d'un fluide, disposée transversalement dans la partie supérieure de ladite vanne, ladite membrane agissant en appui axial sur ledit obturateur (21) .

6 - Vanne de dérivation selon la revendication précédente caractérisée en ce que ladite membrane déformable

(230) est métallique.

7 - Vanne de dérivation selon la revendication 5 caractérisée en ce que ladite membrane déformable (230) est en élastomère.

8 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit actionneur (23) est formé par une bobine électrique disposée dans la partie supérieure de la vanne, ladite bobine électrique agissant sur un aimant permanent prolongeant ledit obturateur (21) .

9 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit corps de vanne (22) et ledit obturateur (21) comprennent des moyens d'isolation thermique et de dissipation thermique disposés entre la face inférieure dudit obturateur (21) et ledit actionneur (23) .

10 - Vanne de dérivation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ladite extrémité supérieure dudit corps de vanne présente des parois ajourées (227) .

11 - Vanne de dérivation selon la revendication 9 caractérisée en ce que ledit obturateur (21) présente dans sa partie supérieure des ailettes (254) transversales d'évacuation thermique. 12 - Vanne de dérivation selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'une partie dudit obturateur (21) est réalisée en matériau isolant thermique. 13 - Vanne de dérivation selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit actionneur (23) présente des ailettes (234) de refroidissement.

14 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'obturateur (21) est guidé en translation par la surface intérieure des parois (2211) d'une zone de réception (100) de ladite vanne.

15 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'obturateur (21) présente une extrémité d'obturation dépassant l'extrémité frontale du corps de vanne et configurée pour s'adapter de manière conjuguée au siège (252) de l'obturateur de la zone de réception (100) . 16 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comporte un joint à lèvre (223) disposé autour dudit obturateur (21) en partie supérieure au- dessus d'un orifice de sortie (1500) dudit canal de dérivation (15) .

17 - Vanne de dérivation selon la revendication précédente caractérisée en ce que ledit joint à lèvre (223) est un joint en PTFE avec une armature métallique. 18 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit corps de vanne (22) présente un épaulement (228) qui possède à sa surface inférieure (229) une gorge recevant un joint plat en PTFE expansé, venant en appui contre une seconde surface frontale de ladite zone de réception (100) de ladite vanne.

19 - Vanne de dérivation selon la revendication 1 caractérisée en ce que ledit corps de vanne (22) présente un porte-siège (220) dont l'orifice d'entrée (110) est entouré par un joint plat en PTFE expansé positionné à l'extrémité frontale dudit porte-siège (220) et venant en appui contre une surface frontale de la zone de réception (100) de ladite vanne.

Description:
VANNE DE DERIVATION POUR MACHINE DE DETENTE

Domaine de l'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, et plus particulièrement des vannes de dérivation pour machine à détente.

Plus spécifiquement, l'invention concerne une vanne de dérivation d'expansion pour 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.

Le principe général de telles machines de détente est connu dans l'art antérieur.

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.

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 l'admission de la machine de détente, de l'autre côté un canal de dérivation de la machine de détente débouchant dans la zone d'échappement de la machine de détente.

On connaît aussi dans l'art antérieur la demande de brevet internationale WO 2015176142 dispositif de détente de vapeur, ledit dispositif comprenant une machine de détente présentant une admission qui est raccordée à un tuyau d'admission et un échappement qui est raccordée à un tuyau d'évacuation, le tuyau d'admission étant pourvu d'une vanne d'admission et le tuyau d'évacuation étant pourvu d'une vanne d'évacuation permettant d'isoler l'espace entre les vannes en fermant ces vannes lorsque le détendeur n'est pas en cours de fonctionnement, le dispositif étant pourvu d'une alimentation en vapeur qui conditionne l'espace entre les vannes lorsque la machine de détente n'est pas en cours de fonctionnement, de sorte que de l'air ne puisse pas pénétrer dans l'espace.

Dans ce document de l'art antérieur, une vanne d'alimentation référencée est reliée à un contrôleur qui en commande l'ouverture lorsque la machine de détente est mise hors service et sa fermeture lorsque la machine de détente est remise en fonctionnement. Cette vanne d'alimentation est disposée sur le circuit d'alimentation en vapeur et pas dans la machine de détente.

La vanne objet de l'invention permet d'assurer une mise en température optimale de toutes les parties de la machine thermique, notamment lors de la phase de démarrage et de simplifier le circuit de réchauffage, ce qui permet d'en réduire l'encombrement.

Elle permet d'améliorer le fonctionnement de la machine dans des régimes de fonctionnement atypiques de la machine de détente par un seul et même moyen constitué par cette vanne actionnant un obturateur disposé dans la machine. Les fonctionnements atypiques présentés dans l'invention sont les suivants :

a) température de la machine trop faible, b) surpression à l'admission,

c) demande d'arrêt de la machine,

d) surchauffe trop faible à l'admission et

e) surchauffe trop faible à l'échappement. Etat de la technique

On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet WO2017144857 une vanne de dérivation à 3 voies pour réguler un écoulement d'un fluide dans un système de récupération de chaleur perdue, la vanne de dérivation comprenant: un corps de vanne; un orifice d'entrée défini à l'intérieur du corps de vanne, l'orifice d'entrée étant configuré pour une communication de fluide avec une sortie d'un ou de plusieurs évaporateurs d'un système de récupération de chaleur perdue; un premier orifice de sortie défini à l'intérieur du corps de vanne, le premier orifice de sortie étant configuré pour une communication de fluide avec une machine de détente d'un système de récupération de chaleur perdue; un second orifice de sortie défini à l'intérieur du corps de vanne, le second orifice de sortie étant configuré pour une communication de fluide avec un condenseur d'un système de récupération de chaleur perdue; un clapet configuré pour empêcher l'écoulement de fluide de l'orifice d'entrée vers le premier orifice de sortie; et un actionneur configuré pour actionner le clapet, caractérisé en ce que la vanne de dérivation comprend en outre un trajet d'écoulement de purge fournissant une communication de fluide entre l'orifice d'entrée et le premier orifice de sortie, en contournant le clapet.

On connaît aussi la demande de brevet américain US20150330530 décrivant une vanne de dérivation à 3 voies pour la régulation de l'écoulement d'un fluide dans un système de récupération de chaleur perdue qui comprend un corps de vanne, un clapet couplé au corps de vanne et adapté pour empêcher l'écoulement du fluide vers une machine de détente, et une tige avec au moins une partie disposée dans le corps de vanne dans laquelle la tige est adaptée pour déplacer le clapet pour permettre au fluide de s'écouler vers la machine de détente et réguler l'écoulement du fluide.

La demande de brevet WO2017144860 décrit un autre exemple de vanne distributrice. La vanne distributrice comporte un corps, un tiroir cylindrique et un ensemble solénoïde, le corps et le solénoïde définissant ensemble une cavité, le corps définissant un orifice d'entrée, le tiroir cylindrique étant monté à demeure dans ladite cavité, le tiroir cylindrique définissant un premier orifice de sortie et un second orifice de sortie, et la soupape distributrice comportant en outre une bague, la bague étant montée glissante autour du tiroir cylindrique dans ladite cavité, et ladite bague étant configurée pour un actionnement par l'ensemble solénoïde pour ouvrir et de fermer lesdits premier et second orifices de sortie pour contrôler l'écoulement de fluide à travers la vanne distributrice.

Inconvénients de l'art antérieur Les solutions de l'art antérieur concernent des vannes indépendantes, massives qui nécessitent d'encombrants raccords hydrauliques avec la machine de détente, sources de fuites .

Les inconvénients des solutions de l'art antérieur concernent notamment le transfert thermique entre la zone active de la vanne, soumise à des températures élevées, pouvant atteindre 250°C pour des machines utilisant de l'éthanol ou du cyclopentane comme fluide de travail et l'actionneur pneumatique ou électromagnétique de la vanne. La transmission de chaleur élevée jusqu'à cet actionneur occasionne des disfonctionnements liés à la dilatation des composants, à la tenue à la température de certains composants, notamment les élastomères pour un actionneur pneumatique, ou les vernis isolants et résines pour un actionneur électromagnétique.

Ce problème est aggravé pour des machines très compactes, où la vanne est en partie logée dans la culasse, et où on cherche à miniaturiser la vanne et surtout son actionneur qui ne présente plus de surface extérieure suffisante pour assurer son refroidissement.

Un autre problème est celui des étanchéités à haute température des composants de la vanne. Pour assurer une parfaite étanchéité, les solutions de l'art antérieur prévoient de souder les composants entre eux, ce qui rend le montage irréversible et pose des problèmes de soudure lorsque ceux-ci sont constitués de métaux différents. Par exemple, dans le cas d'une vanne compacte intégrée dans la machine de détente, l'acier inoxydable des composants de la vanne et la fonte de la machine de détente ne se soudent pas aisément.

Les solutions de l'art antérieur ne permettent pas d'isoler thermiquement la zone active et l' actionneur de manière suffisante pour permettre un fonctionnement satisfaisant, ni pour assurer une étanchéité satisfaisante à haute température.

Solution apportée par l'invention L' invention concerne une vanne destinée à la commande de l'ouverture ou de la fermeture du passage du fluide de travail provenant de la chambre d'admission, dans un circuit de dérivation. En fonctionnement nominal, la vanne est en position fermée, tout le fluide de travail provenant de la chambre d'admission alimentant alors la zone d'expansion délimitée par la vis ou la spirale.

La vanne selon l'invention présente deux caractéristiques particulières : il s'agit d'une vanne à deux voies et non pas d'une vanne à trois voies. Cette vanne est configurée pour être positionnée à l'intérieur de la machine de détente, sur une sortie interne de la zone d'admission haute-pression.

Elle peut être positionnée dans le couvre-culasse ou à l'interface entre la chambre d'admission haute-pression et le moyen de préchauffe relié à la zone d'échappement.

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 .

La vanne selon l'invention présente deux 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 jusqu'à l'échappement en passant par la zone d'expansion

b) une position ouverte, correspondant aux situations atypiques susvisées, où le fluide de travail traverse d'abord la chambre d'admission, pour déboucher ensuite :

- dans un circuit de dérivation comprenant les moyens de préchauffe et qui met en liaison la zone d'admission et la zone d'échappement sans passer par la zone d'expansion, en phase de démarrage où la machine est à l'arrêt et ne tourne pas

- dans la zone d'expansion débouchant dans la zone d'échappement et dans le circuit de dérivation, dans les deux autres situations, où la machine est en fonctionnement. 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 suivant l'invention.

- la figure 2 représente un schéma de l'invention.

- la figure 3 représente une vue en coupe d'une variante de l'invention.

- la figure 4 représente une vue en coupe d'une seconde variante de l'invention.

- la figure 5 représente une vue en coupe d'une troisième variante de l'invention.

- la figure 6 représente une vue en coupe d'une quatrième variante de l'invention.

- la figure 7 représente une vue en coupe d'une cinquième variante de l'invention.

Principe général d'un cycle de Rankine

La figure 1 représente une vue schématique d'un cycle de Rankine selon l'invention.

Un cycle de Rankine récupère la chaleur perdue d'une machine rotative associée (801), qui peut être un moteur à combustion interne. 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 la machine rotative ou sur des gaz d'échappement (802) tel que représenté dans la figure 1.

Dans ce dernier cas, un échangeur de chaleur ou évaporateur (807) est inséré en dérivation sur la ligne d'échappement après le système de dépollution (803) . Une vanne de dérivation (827) répartit proportionnellement les débits entre ledit évaporateur (807) et l'échappement normal.

L' évaporateur (807) est destiné à évaporer le fluide de travail (808) du cycle de Rankine. Le fluide de travail (808) est aspiré par la groupe moto-pompe (806) depuis le condenseur (805), à une pression définie par le vase d'expansion (828) dont la pression est contrôlée par une vanne électrique à commande par impulsions (829) . Ladite vanne (829) régule la pression d'air dans le vase d'expansion (828) soit en reliant le vase d'expansion (828) à une source d'air comprimé (821) temporairement, soit en reliant le vase d'expansion (828) à l'atmosphère temporairement, soit en fermant l'arrivée au vase d'expansion.

La température et la pression du fluide de travail

(808) en amont du groupe moto-pompe (806) ainsi qu'en aval de 1 ' évaporateur (807) 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 (1) mesurée soit dans la zone d'expansion (14) soit dans la zone d'échappement (13) .

La vapeur produite dans 1 ' évaporateur (807) circule jusqu'à la machine de détente (1) . La machine de détente (1) comprend trois zones : une zone d'admission (11) de la vapeur à haute pression qui est connectée à la zone d'expansion (14), elle-même connectée à la zone d'échappement (13) à basse pression. La vanne de dérivation (2) ouvre et ferme un canal de dérivation (15) mettant en communication la zone d'admission (11) et la zone d'échappement (13) . La vanne de dérivation (2) est avantageusement pneumatique et est connectée à la source d'air comprimé (821) . Une vanne électrique (820) contrôle l'admission d'air dans la vanne de dérivation (2) soit en reliant la vanne de dérivation à la source d'air comprimé (821), soit en reliant la vanne de dérivation (2) à l'atmosphère. Le canal de dérivation ou la vanne de dérivation (2) comprend en outre une restriction, typiquement de l'ordre de 20 mm2 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 (1) depuis la zone d'échappement (13) circule dans le condenseur (805) afin de retourner à l'état liquide. Le condenseur (805) est refroidi soit par un fluide de la machine rotative associée (801) soit par de l'air ambiant. Par exemple, un ou plusieurs des circuits de refroidissement de la machine rotative associée (801) peuvent être utilisés. Le fluide de travail condensé est alors réadmis par le groupe moto-pompe (806), soit pour continuer à circuler, soit pour retourner dans le vase d'expansion (828) .

La machine de détente (1) est connectée à un arbre tournant (813) de la machine rotative associée (801) via un réducteur (810) . Architecture générale de la vanne selon l'invention

La figure 2 représente une vue schématique de la vanne suivant l'invention.

La machine de détente (1) comporte un port d'admission (10) débouchant dans une zone d'admission (11) et un port d'échappement (12) débouchant sur une zone d'échappement (13) . Le fluide de travail (808) sous forme gazeuse circule depuis le port d'admission (10) vers le port d'échappement (12) . Il est admis dans la zone d'admission (11), puis dans la zone d'expansion (14) et enfin dans la zone d'échappement (13) . Selon plusieurs modes de fonctionnement, le fluide de travail circule préférentiellement à travers un canal de dérivation (15) en dérivation de la zone d'expansion (14) . L'ouverture de ce canal est commandée par la vanne de dérivation (2) qui est logée dans la machine de détente (1) . Celle-ci est composée d'un obturateur (21) coulissant dans un corps de vanne (22) . L'obturateur est actionné par l'actionneur (23) qui connecté à une alimentation énergétique (24) . Dans le cas d'un actionneur (23) pneumatique, cette énergie est de l'air comprimé (821), typiquement à moins de 7 bars relatifs. Dans le cas d'un actionneur (23) électromagnétique, cette énergie est de l'électricité, typiquement 12, 24 ou 48 volts continus.

Cette vanne de dérivation (2) est une vanne à deux voies, c'est-à-dire qu'elle possède une entrée et une sortie seulement pour le fluide, par opposition à une vanne trois voies qui peut comporter deux sorties ou deux entrées.

Dans la suite du brevet, les termes suivants seront utilisés :

- canal de dérivation (15) : conduit pour le fluide de travail (808) mettant en communication une zone à haute pression avec une zone à basse pression, permettant une circulation du fluide depuis un ou plusieurs évaporateurs d'un circuit de Rankine vers un ou plusieurs condenseurs en parallèle de la zone d'expansion (14) de la machine détente (1) . En particulier, le canal de dérivation (15) s'ouvre depuis une zone d'admission (11) de la machine de détente (1) et débouche dans la zone d'échappement (13) de la machine de détente (1) . Ce canal de dérivation (15) peut être extérieur à la machine de détente (1) ou bien intégré à l'intérieur de la machine de détente (1) .

zone de réception (100) : Il s'agit de moyens aménagés dans une pièce pour accueillir et fixer la vanne de dérivation (2) . Le canal de dérivation (15) traverse cette zone de réception (100) . D'autres fonctions peuvent être ajoutées à la zone de réception (100) par exemple : guidage de l'obturateur (21), siège (252) coopérant avec l'obturateur, gorges de joint à lèvre, de joint plat ou torique, etc. Cette zone de réception (100) peut être aménagée dans la machine de détente (1) ou bien dans une pièce indépendante de celle-ci.

Architecture détaillée de la vanne selon l'invention

La figure 3 représente une vue en coupe d'une première variante de la vanne suivant l'invention.

La vanne (2) est logée dans une zone de réception (100) par exemple dans la machine de détente (1) . Cette zone de réception (100) est un usinage cylindrique, éventuellement taraudé et alésé. Cette zone de réception (100) débouche dans le canal de dérivation (15) . Un orifice d'entrée (1100) est aménagé débouchant dans le canal de dérivation du côté de la zone d'admission (11), avantageusement cet orifice d'entrée est percé axialement selon l'axe de la zone de réception (100) . Un orifice de sortie (1500) est aménagé débouchant dans le canal de dérivation du côté de la zone d'échappement (13), avantageusement celui-ci est percé radialement, perpendiculaire à l'axe de la zone de réception (100) .

L'obturateur (21) est composé avantageusement dans cette variante de deux parties : une tige de commande (250) et une bille (251) . La bille (251) est libre, c'est-à-dire qu'elle n'est pas fixée sur la tige de commande (250) . La bille (251) peut alternativement être soudée sur la tige de commande (250) . Elle peut ainsi se positionner au mieux sur le siège (252) afin de garantir la meilleure étanchéité possible. La tige de commande (250) présente à son extrémité du côté de la bille est un siège conique (253) en creux destiné à aider la bille à se centrer sur le siège (252) . Le demi-angle au sommet du cône du siège (252) est typiquement de l'ordre de 15° pour garantir la meilleure étanchéité et éviter le coincement. Le demi-angle au sommet du cône de la tige de commande (250) est typiquement de l'ordre de 45° Le corps de vanne (22) est composé de deux parties : le porte-siège (220) et le guide (221) . Le porte- siège (220) est vissé dans la machine de détente (1) . Le porte-siège est formé d'un conduit tubulaire et d'un épaulement (228) . Le conduit tubulaire est percé axialement en son centre, pour définir un orifice d'entrée (110) ainsi que radialement au-dessus du siège (252) pour définir un orifice de sortie (150) afin de former un conduit pour le fluide de travail (808) . Un siège (252) conique est usiné à l'extrémité intérieure du conduit tubulaire pour accueillir la bille (251) de l'obturateur (21) . Le guide (221) comporte un alésage (222) pour guider la tige de commande (250) de l'obturateur (21) .

Alternativement, sur la variante présentée en figure 5, le guide (221) est directement vissé dans la machine de détente (1) . Dans cette variante, le porte-siège (220) est supprimé. Dans ce cas, le siège (252) est usiné directement à l'extrémité de la zone de réception (100) dans la machine de détente (1) . Les étanchéités sont modifiées : l'obturateur (21) vient directement faire l'étanchéité sur la machine de détente (1) délimitant la zone d'admission (11) et le canal de dérivation (15) . L'étanchéité entre le guide (221) et la machine de détente (1) est réalisé par un joint (226) qui peut être un joint plat en polytétrafluoroéthylène (PTFE) expansé dont l'épaisseur est comprise entre 1 et 4 millimètres ou un joint torique en FFPM ou FPM (selon la nomenclature de la norme ISO 1629:1995) si les températures de la machine de détente (1) le permettent.

Alternativement sur la variante de la figure 7, le guidage de l'obturateur (23) peut se faire directement sur les parois (2211) de la zone de réception (100) et non plus sur le corps de vanne (22) qui ne sert alors plus qu'à fixer l'actionneur (23) . Le siège (252) recevant l'obturateur (21) est lui aussi usiné directement dans la zone de réception (100) . Le corps de vanne (22) sert uniquement à fixer l'actionneur (23) . Le corps de vanne (22) présente une bride (2212) pour être fixée sur la zone de réception (100) .

Soit la surface de l'orifice d'entrée (110) dans le porte-siège (220), soit la surface de l'orifice d'entrée (1100) de la zone de réception (100) est choisie afin de garantir une perte de charge suffisante lorsque la vanne est ouverte pour un débit de fluide de travail donné, de sorte que la pression au démarrage de la machine de détente (1) soit suffisamment élevée, typiquement de l'ordre de 5 bars pour de un débit de démarrage de l'ordre de lOg/s d'éthanol. Considérant la densité du fluide de travail en phase vapeur surchauffée, cela donne une surface de l'orifice typique d'environ 20mm2.

L'étanchéité entre la tige de commande et le guide (221) est assurée par un joint à lèvre (223) . L'étanchéité entre la machine de détente (1) et le porte-siège (220) est assurée par un joint plat (224) situé sur une surface frontale à l'extrémité inférieure du porte-siège (220) ainsi que par un joint plat (225) situé sur la face inférieure (229) de l'épaulement (228) du guide (221) . Le premier joint plat (224) assure l'étanchéité entre une zone d'admission à haute pression (11) et le canal de dérivation (15) débouchant dans la zone d'échappement à basse pression (13) . Le deuxième joint plat (225) assure l'étanchéité entre le canal de dérivation (15) et l'extérieur de la machine de détente (1) . L'étanchéité entre le porte-siège (220) et le guide (221) est également assurée par un joint (226) .

Cet ensemble de joint à lèvre (223) et joints (224, 225 et 226) sont situés à proximité immédiate de la zone d'admission à haute pression (11) de la machine de détente (1) . Le fluide de travail (808) dans cette zone est très chaud. Pour un cycle de Rankine utilisant de l'éthanol ou du cyclopentane la température d'admission du fluide de travail (808) peut atteindre 250°C. La pression est également importante, jusque 50 bars. Ces température et pression, ainsi que la compatibilité chimique avec l'éthanol ou le cyclopentane dans ces conditions font que peu de matériaux peuvent être utilisés pour réaliser ces joints. Le joint à lèvre (223) est réalisé en PTFE chargé au graphite, il possède également une armature métallique. Les joints (224, 225 et 226) sont préférentiellement des joints plats réalisés en PTFE expansé d'une épaisseur comprise entre 1 et 4 millimètres et de compressibilité comprise entre 10 et 70 %. 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. L'arrêt mécanique du corps de vanne (22) sur la zone de réception (100) lors du vissage peut se faire sur la partie inférieure (229) de l'épaulement (228) ou alors sur une surface frontale à l'extrémité inférieure du porte-siège (220) .

Alternativement, les joints (224, 225 et 226) peuvent être des joints toriques en FFPM (224, 225) ou en FPM (225, 226) tels que représentés sur la figure 6.

Alternativement, sur la variante présentée en figure 7, seul le joint à lèvre (223) est reconduit, les autres joints (224, 225 et 226) devenant inutiles.

L'actionneur (23) est fixé sur le guide (221) . L'actionneur représenté est un actionneur pneumatique comprenant une membrane élastomère (230), par exemple en FPM, renforcée avec un textile, et un couvercle (231) fixé sur le guide (221) . La membrane et le couvercle (231) délimitent une chambre pneumatique alimentée en air comprimé par le connecteur (232) vissé dans le couvercle (231) . La membrane (230) est de forme discale. Elle est plaquée par un ressort (233) en son centre sur la tige de commande (250) . Une coupelle (255) est disposée entre la membrane (230) et la tige de commande (250) pour éviter le poinçonnement de la membrane (230) . Lorsqu'une vanne de commande alimente la chambre en air comprimé, la membrane (250) pousse l'obturateur (21) sur le siège (252) qui ferme alors le passage du fluide de travail (808) à travers le porte-siège (220) . La surface de la membrane est calculée pour que la pression d'air comprimé disponible permette de fermer l'obturateur lorsque la pression dans la zone d'admission est à sa valeur maximale admissible.

La membrane (230) en élastomère et la coupelle (255) ne supportent pas de températures élevées, typiquement inférieures à 160 °C en continu. Il est donc nécessaire de réduire le flux de chaleur provenant à la fois du guide (221) et de la tige de commande (250) ainsi que de dissiper la chaleur résiduelle de l'actionneur (23) . Pour ce faire, des ajours (227) ont été aménagés dans le guide (221) destinés à réduire la conduction à travers le métal en réduisant la section de conduction. De plus, des ailettes (254) de refroidissement ont été creusées dans la tige de commande (250) . Celles-ci réduisent la section de conduction et augmentent le flux de chaleur transmis à l'extérieur du système.

En outre, une partie de la tige de commande (250) ou la coupelle (255) peuvent être réalisées en plastique afin de bénéficier de coefficients de conduction thermique plus faibles que ceux des métaux.

Par ailleurs, selon une variante, l'obturateur (21) est creux, percé axialement en son centre depuis sa face supérieure de manière non débouchante, afin de réduire la surface de conduction thermique tel que représenté figure 7.

Enfin, des ailettes refroidissement (234) peuvent être aménagées à la surface externe de l'actionneur afin d'augmenter la surface de refroidissement de celui-ci et de réduire sa température. Alternativement, sur la figure 4, une membrane (230) en métal peut être utilisée. Dans ce cas, le guide (221) et la tige de commande (250) peuvent être raccourcis. Seul le connecteur (232) en plastique craint les hautes températures.

Selon un mode de réalisation particulier, l'obturateur (21) n'est pas guidé en translation par le corps de vanne (22) mais par des parois (2211) d'une zone de réception (100) de ladite vanne. L'obturateur (21) coopère avec un siège (252) qui n'est pas usiné dans ledit corps de vanne (22) mais à l'extrémité de la zone de réception (100) .