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Title:
KINETIC TURBOPUMP WITH SPEED-VARYING DEVICE FOR A CLOSED CIRCUIT, PARTICULARLY OF THE RANKINE CYCLE TYPE, NOTABLY FOR A MOTOR VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/048319
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a turbopump comprising a fixed casing (12, 12'; 112) comprising a pump (16, 116) with a pump rotor (14, 114) borne by a pump shaft (18, 118) and a turbine (22, 122) housing a turbine rotor (20, 120) borne by a turbine shaft (24, 124). According to the invention, the pump shaft (18, 118) is separate from the turbine shaft (24, 124) and the turbopump comprises a speed-varying device (26, 126) for generating a difference in rotational speed between the pump shaft (118, 118) and the turbine shaft (24, 124).

Inventors:
SMAGUE, Pascal (0013 RUE EUGENE SUE, RUEIL-MALMAISON, 92500, FR)
PAGNIER, Philippe (0776 RUE DES CARROSSES, SAINT CLAIR DU RHONE, 38370, FR)
LEDUC, Pierre (0009 RUE DE LA GARENNE, BEYNES, 78650, FR)
HENRY, Gabriel (123 CHEMIN DES PLAINES, SAINT-CANNAT, 13760, FR)
LEROUX, Arthur (42 place Jean Jaurès, MARSEILLE, 13001, FR)
LECHARD, Christophe (0023 AV AUGUSTE RENOIR, MARLY LE ROI, 78160, FR)
TALVARD, Benoît (0023 RES LES COTTAGES, FEUCHEROLLES, 78810, FR)
TILAGONE, Richard (0097 RUE DES BOULEAUX, LES COTES D'AREY, 38138, FR)
VENTURI, Stephane (0000 RUE LINAS, ROIFFIEUX, 07100, FR)
Application Number:
EP2018/073300
Publication Date:
March 14, 2019
Filing Date:
August 30, 2018
Export Citation:
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Assignee:
IFP ENERGIES NOUVELLES (1 & 4 avenue du Bois-Préau, RUEIL-MALMAISON, 92852, FR)
ENOGIA (19 avenue Paul Héroult, MARSEILLE, 13015, FR)
International Classes:
F04D13/02; F01K23/06; F01K23/10; F01K25/08; F04D13/04
Domestic Patent References:
WO2016170166A22016-10-27
WO2013046885A12013-04-04
Foreign References:
FR3004487A12014-10-17
DE102011017762A12012-10-31
US20150064039A12015-03-05
US20120090317A12012-04-19
US20040187506A12004-09-30
US20140250886A12014-09-11
FR3002279A12014-08-22
US20150064039A12015-03-05
Attorney, Agent or Firm:
IFP ENERGIES NOUVELLES - DÉPARTEMENT PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE (Rond Point de l'échangeur de Solaize, BP 3, SOLAIZE, 69360, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 ) Turbopompe comprenant un boîtier fixe (12, 12' ; 1 12) comportant une pompe cinétique (1 6, 1 1 6) avec un rotor de pompe (14, 1 14) porté par un arbre de pompe (18, 1 18) et une turbine (22, 122) logeant un rotor de turbine (20, 120) porté par un arbre de turbine (24, 124), caractérisée en ce que l'arbre de pompe (18, 1 18) est séparé de l'arbre de turbine (24, 124) et en ce que ladite turbopompe comporte un dispositif de variation de vitesse (26, 126) pour générer une différence de vitesse de rotation entre l'arbre de pompe (18, 1 18) et l'arbre de turbine (24, 124).

2) Turbopompe selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite turbopompe comporte un dispositif de variation de vitesse (26, 126) pour réduire la vitesse de rotation de l'arbre de pompe (18, 1 18) par rapport à l'arbre de turbine (24, 124) ou pour multiplier la vitesse de rotation de l'arbre de turbine (24, 124) par rapport à l'arbre de pompe (18, 1 18).

3) Turbopompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les arbres de pompe (18) et de turbine (24) sont sensiblement parallèles l'un à l'autre.

4) Turbopompe selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de variation de vitesse (26) comprend un roue dentée (30) portée par l'arbre de pompe (18) et un pignon (32) porté par l'arbre de turbine (24). 5) Turbopompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les arbres de pompe (1 18) et de turbine (124) sont sensiblement coaxiaux l'un avec l'autre.

6) Turbopompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de variation de vitesse comprend un train épicycloïdal (128).

7) Turbopompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le planétaire (130) du train épicycloïdal (128) est porté par l'arbre de turbine (124). 8) Turbopompe selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le porte-satellites (130) du train épicycloïdal (128) est porté par une paroi fixe (135, 150) du boîtier (1 12) de la turbopompe. 9) Turbopompe selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que le porte-satellites (130) du train épicycloïdal (128) est porté par l'arbre de pompe (1 18).

10) Turbopompe selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couronne (132) du train épicycloïdal (128) est portée par une paroi fixe (135,

150) du boîtier (1 12) de la turbopompe.

1 1 ) Turbopompe selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la couronne (132) du train épicycloïdal (128) est portée par l'arbre de pompe (1 18).

12) Turbopompe selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend une poulie de liaison (34, 136) portée par l'arbre de pompe (18, 1 18).

13) Turbopompe selon la revendication 12, caractérisée en ce que la turbopompe comprend un accouplement à commande contrôlée (36, 138) pour la liaison de la poulie de liaison (34, 136) et de l'arbre de pompe (18, 1 18). 14) Turbopompe selon l'une des revendications 1 à 1 1 , caractérisée en ce que la turbopompe comprend un moyen de variation de vitesse entre l'arbre de turbine (24, 124) et une poulie de liaison (34, 136).

15) Turbopompe selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine électrique entraînant l'arbre de pompe (18, 1 18).

16) Application d'une turbopompe selon l'une des revendications précédentes à un circuit fermé, notamment de type Rankine ou ORC (Organic Rankine Cycle).

Description:
Turbopompe cinétique avec un dispositif de variation de vitesse pour un circuit fermé, en particulier de type à cycle de Rankine, notamment pour un véhicule automobile La présente invention se rapporte à une turbopompe cinétique pour un circuit fermé, en particulier de type à cycle de Rankine, notamment pour un véhicule automobile.

Par turbopompe cinétique il est entendu, un ensemble formé par une pompe et une turbine.

La pompe a la particularité selon laquelle son rotor porte une multiplicité d'ailettes radiales pour former un impulseur dont l'effet est la mise en rotation et l'accélération du fluide en condition liquide. Par l'effet de la rotation de l'impulseur de la pompe, le fluide est aspiré axialement, puis accéléré radialement et refoulé par la volute que comporte habituellement une turbopompe. La turbine, qui est raccordée à la pompe sur le même arbre, est constituée d'une partie statorique disposant d'un aubage fixe appelé diffuseur visant à convertir la pression du fluide en condition vapeur en énergie cinétique. Cette énergie cinétique est alors convertie en énergie mécanique au travers d'un aubage mobile de la partie rotorique de la turbine. Les aubages de la turbine sont constitués d'ailettes radiales permettant la détente du fluide qui est éjecté

Comme cela est largement connu, un cycle de Rankine est un cycle thermodynamique par lequel de la chaleur provenant d'une source de chaleur externe est transmise à un circuit fermé qui contient un fluide de travail. Au cours du cycle, le fluide de travail subit des changements de phase (liquide/vapeur).

Ce type de cycle se décompose généralement en une étape durant laquelle le fluide de travail utilisé sous forme liquide, est comprimé de manière isentropique, suivie d'une étape où ce fluide liquide comprimé est chauffé et vaporisé au contact d'une source de chaleur.

Cette vapeur est ensuite détendue, au cours d'une autre étape, dans une machine de détente, puis, dans une dernière étape, cette vapeur détendue est refroidie et condensée au contact d'une source froide.

Pour réaliser ces différentes étapes, le circuit comprend au moins une pompe pour faire circuler et comprimer le fluide sous forme liquide, un échangeur- évaporateur qui est balayé par un fluide chaud pour réaliser la vaporisation au moins partielle du fluide comprimé, une machine de détente pour détendre la vapeur, telle qu'une turbine, qui transforme l'énergie de cette vapeur en une autre énergie, comme une énergie mécanique ou électrique, et un échangeur- condenseur grâce auquel la chaleur contenue dans la vapeur est cédée à une source froide, généralement de l'air extérieur, ou encore un circuit d'eau de refroidissement, qui balaye ce condenseur, pour transformer cette vapeur en un fluide sous forme liquide. Dans ce type de circuit, le fluide utilisé est généralement de l'eau mais d'autres types de fluides, par exemple des fluides organiques ou des mélanges de fluides organiques, peuvent également être utilisés. Le cycle est alors appelé Cycle de Rankine Organique ou ORC (Organic Rankine Cycle). A titre d'exemple, les fluides de travail peuvent être du butane, de l'éthanol, des hydrofluorocarbures, de l'ammoniac, du dioxyde de carbone...

Comme cela est bien connu, le fluide chaud pour réaliser la vaporisation du fluide comprimé peut provenir de sources chaudes variées, telles qu'un liquide de refroidissement (d'un moteur à combustion, d'un processus industriel, d'un four, etc.), des gaz chauds résultant d'une combustion (fumées d'un processus industriel, d'une chaudière, gaz d'échappement d'un moteur à combustion ou d'une turbine, etc.), d'un flux de chaleur issu de capteurs solaires thermiques ou d'une source géothermale, etc.

Généralement et comme mieux décrit dans le document WO 2013/046885, la pompe et la turbine sont combinées en une seule pièce pour former une turbopompe de faible encombrement.

L'arbre de cette turbopompe, qui est commun à la pompe et à la turbine, peut être entraîné en rotation de plusieurs manières.

Comme décrit dans la demande de brevet français N° 3 002 279 l'arbre est couplé au vilebrequin du moteur à combustion interne, généralement par une courroie entourant une poulie placée sur ce vilebrequin et une autre poulie de liaison placée sur cet arbre, en étant contrôlé par un accouplement à commande contrôlée.

Il est également connu par la demande de brevet US 2015/0064039 une turbopompe dans laquelle l'arbre de la pompe et l'arbre de la turbine sont séparés l'un de l'autre. Dans cette turbopompe, un dispositif mécanique, comme un train d'engrenages, est placé entre les deux arbres pour modifier le sens de rotation de la turbine.

Ce dispositif permet ainsi de faire tourner la turbine, pour une configuration de fonctionnement en circuit à cycle de Rankine, dans un premier sens de rotation pour qu'elle agisse en tant que turbine en étant associée à la pompe que comporte cette turbopompe ou, dans un sens inverse de rotation, pour une configuration de fonctionnement en circuit de climatisation, de manière à ce que cette turbine fonctionne en tant que pompe tout en étant déconnectée de la pompe de la turbopompe.

Toutes ces turbopompes de l'art antérieur présentent un inconvénient non négligeable dans le sens que la turbine tourne à la même vitesse de rotation que la pompe. Ainsi, le régime de la turbine peut s'avérer faible par rapport à un régime de rotation optimal, ce qui peut réduire ses performances.

La présente invention propose une turbopompe qui permet à la turbine d'avoir un régime de rotation nettement plus élevé que celui du moteur à combustion tout en ayant un régime de rotation de la pompe plus faible que celui de la turbine.

Le rendement de la pompe est amélioré par ce régime modéré alors que le rendement de la turbine est amélioré par l'utilisation d'un régime plus élevé.

A cet effet, la présente invention concerne une turbopompe comprenant un boîtier fixe comportant une pompe cinétique avec un rotor de pompe porté par un arbre de pompe et une turbine logeant un rotor de turbine porté par un arbre de turbine. L'arbre de pompe est séparé de l'arbre de turbine et en ce que ladite turbopompe comporte un dispositif de variation de vitesse pour générer une différence de vitesse de rotation entre l'arbre de pompe et l'arbre de turbine. Selon un mode de réalisation de l'invention, ladite turbopompe comporte un dispositif de variation de vitesse pour réduire la vitesse de rotation de l'arbre de pompe par rapport à l'arbre de turbine ou pour multiplier la vitesse de rotation de l'arbre de turbine par rapport à l'arbre de pompe.

Avantageusement, les arbres de pompe et de turbine sont sensiblement parallèles l'un à l'autre.

Selon un aspect, le dispositif de variation de vitesse comprend un roue dentée portée par l'arbre de pompe et un pignon porté par l'arbre de turbine.

Conformément à une mise en œuvre, les arbres de pompe et de turbine sont sensiblement coaxiaux l'un avec l'autre.

Selon une caractéristique, le dispositif de variation de vitesse comprend un train épicycloïdal.

De manière avantageuse, le planétaire du train épicycloïdal est porté par l'arbre de turbine.

Avantageusement, le porte-satellites du train épicycloïdal est porté par une paroi fixe du boîtier de la turbopompe.

Alternativement, le porte-satellites du train épicycloïdal est porté par l'arbre de pompe.

Conformément à un mode de réalisation, la couronne du train épicycloïdal est portée par une paroi fixe du boîtier de la turbopompe.

Alternativement, la couronne du train épicycloïdal est portée par l'arbre de pompe.

Selon une mise en œuvre, elle comprend une poulie de liaison portée par l'arbre de pompe.

Selon une caractéristique, la turbopompe comprend un accouplement à commande contrôlée pour la liaison de la poulie de liaison et de l'arbre de pompe.

Conformément à un aspect, la turbopompe comprend un moyen de variation de vitesse entre l'arbre de turbine et une poulie de liaison.

Avantageusement, elle comprend une machine électrique entraînant l'arbre de pompe. En outre, l'invention concerne une application d'une turbopompe selon l'une des caractéristiques précédentes à un circuit fermé, notamment de type Rankine ou ORC (Organic Rankine Cycle).

Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées :

- la figure 1 qui montre une vue en coupe d'une réalisation d'une turbopompe selon l'invention ;

- la figure 2 qui est une vue en coupe d'une autre réalisation d'une turbopompe selon l'invention et

- les figures 3 à 8 qui montrent des vues en coupe de différentes variantes de la figure 2.

La figure 1 montre une turbopompe 10 pour un circuit fermé, en particulier de type à cycle de Rankine, notamment pour un véhicule automobile. La turbopompe 10, qui est ici une turbopompe cinétique, comprend un boîtier fixe 12 qui loge la partie tournante 14 (ou rotor) d'un moyen de circulation et de compression d'un fluide 1 6, dit pompe, portée par un arbre de pompe 18, et un autre boîtier fixe 12' logeant la partie tournante 20 (ou rotor) d'un moyen de détente d'un fluide comprimé 22, dit turbine, portée par un arbre de turbine 24.

Dans l'exemple de la figure 1 , la turbopompe a la particularité selon laquelle les deux arbres 18 et 24 sont séparés l'un de l'autre et sont placés au-dessus l'un de l'autre sensiblement parallèlement l'un avec l'autre.

Comme mieux visible sur la figure 1 les deux arbres sont séparés (ou distincts) l'un de l'autre et sont reliés l'un avec l'autre par un dispositif de variation de vitesse 26 qui permet de générer une différence de vitesse de rotation entre l'arbre de pompe et l'arbre de turbine.

Plus particulièrement, le dispositif de variation de vitesse a pour fonction de multiplier la vitesse de rotation entre l'arbre de pompe et l'arbre de turbine lorsque l'arbre de pompe donne l'impulsion de vitesse de rotation ou de réduire la vitesse de rotation entre la turbine et la pompe lorsque l'arbre de turbine génère la vitesse de rotation, comme il sera explicité en détail dans la suite de la description.

Le dispositif de variation de vitesse comprend un train d'engrenages 28 avec une roue dentée 30, de grand diamètre, portée par l'arbre de pompe 18 et qui coopère avec un pignon 32, de moindre diamètre que celui de la roue, porté par l'arbre de turbine 24, la roue et le pignon étant avantageusement placés dans un même plan vertical.

La différence de diamètre entre la roue et le pignon permet ainsi de réaliser un rapport de vitesse entre les deux arbres, ce rapport de vitesse étant de préférence compris entre 2 et 6 dans le cadre de la présente invention.

Ainsi pour pouvoir obtenir les rapports de vitesses souhaités entre les deux arbres 18 et 24, il suffit de paramétrer les diamètres de la roue et du pignon pour obtenir ces rapports.

Cette turbopompe comprend aussi une poulie de liaison 34 qui est liée en rotation à l'arbre de pompe 18 au travers d'un accouplement à commande contrôlé 36, ici un embrayage de type électromagnétique.

Cette poulie est commandée en rotation par une bande fermée sur elle- même, comme une chaîne ou une courroie de liaison 38.

Cette bande est avantageusement reliée à une poulie de vilebrequin qui est liée en rotation avec le vilebrequin d'un moteur à combustion interne (non représentés). Une variante consiste à remplacer la liaison mécanique (poulie et embrayage électromagnétique) par une génératrice électrique de manière à constituer une turbo-pompe-génératrice.

La turbopompe telle que décrite ci-dessus peut être utilisée dans de nombreux domaines, comme les domaines pétroliers, aéronautiques, automobiles...

Cette turbopompe trouve plus particulièrement son application avec un circuit fermé, en particulier de type à cycle de Rankine 40 comme illustré sur la figure 1 . Ce circuit fermé à cycle de Rankine est avantageusement de type ORC (Organic Rankine Cycle) et utilise un fluide de travail organique ou des mélanges de fluides organiques, comme du butane, de l'éthanol, des hydrofluorocarbures.

Il est bien entendu que le circuit fermé peut également fonctionner avec un fluide comme de l'ammoniac, de l'eau, du dioxyde de carbone...

Ainsi, la sortie 42 de la pompe 1 6 est reliée à une entrée 44 d'un échangeur de chaleur 46, dénommé évaporateur, qui est traversé par le fluide de travail comprimé par la pompe et grâce auquel le fluide de travail parvient à la sortie 48 de cet évaporateur sous forme de vapeur comprimée.

Cet évaporateur est également parcouru par une source chaude 50, sous forme liquide ou gazeuse de manière à pouvoir céder sa chaleur au fluide de travail. Cette source chaude permet de réaliser la vaporisation du fluide et peut provenir de sources chaudes variées, telles qu'un liquide de refroidissement d'un moteur à combustion, d'un processus industriel, d'un four, de gaz chauds résultant d'une combustion (gaz d'échappement d'un moteur à combustion, fumées d'un processus industriel, d'une chaudière, ou d'une turbine, etc.), d'un flux de chaleur issu de capteurs solaires thermiques, d'une source géothermale, etc.

La sortie de l'évaporateur est connectée à une entrée 52 de la turbine 22 pour y faire admettre le fluide de travail sous forme de vapeur comprimée à haute pression, ce fluide ressortant par une sortie 54 de cette turbine sous forme de vapeur détendue à basse pression.

La sortie de la turbine est raccordée à une entrée 56 d'un échangeur de refroidissement 58, ou condenseur, qui permet de transformer la vapeur basse pression détendue qu'il reçoit en un fluide liquide basse pression pour l'introduire à une entrée 60 de la pompe. Ce condenseur est balayé par une source froide, généralement un flux d'air ambiant ou d'eau de refroidissement, de manière à refroidir la vapeur détendue pour qu'elle se condense et se transforme en un liquide. Bien entendu, les différents éléments du circuit sont reliés entre eux par des conduites de circulation de fluide permettant de les relier successivement les uns aux autres. Ainsi en fonctionnement et dans la phase de démarrage du circuit fermé, le moteur à combustion interne est opérationnel et il est nécessaire de réaliser l'amorçage de la pompe 1 6 de la turbopompe. Pour ce faire, l'arbre 18 est accouplé à la poulie de liaison 34 de la turbopompe par l'embrayage 36. Le mouvement de rotation du vilebrequin est alors transmis à la poulie de liaison 34 par la courroie de liaison 38. Ce mouvement de rotation est ensuite retransmis à l'arbre de pompe et au rotor de pompe.

Durant ce mouvement de rotation de l'arbre de pompe, qui est l'élément générateur de mouvement de rotation, la roue dentée 30 engrène avec le pignon 32. Compte tenu du rapport de vitesse résultant de la différence de diamètre entre la roue et le pignon, l'arbre 24 de la turbine tourne à une vitesse plus grande que celle de l'arbre de la pompe et de ce fait la turbine tourne à une vitesse plus élevée que celle de la pompe.

Le dispositif de variation de vitesse 26 a ainsi une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine.

Après cette phase de démarrage, la turbine produit davantage de puissance que la consommation de la pompe et en conséquence cette turbine devient alors l'élément générateur de mouvement de rotation au détriment de la pompe. Le moteur à combustion interne est toujours opérationnel et l'arbre 18 est accouplé à la poulie 34 de la turbopompe par l'embrayage 36.

La puissance générée par la turbine 22 est transmise au pignon 32 qui le transmet à la roue dentée 30 puis à la poulie 34 de la turbopompe. La puissance de la poulie 34 est ensuite transmise par la courroie 38 à la poulie du vilebrequin qui va apporter un surcroit de puissance à ce vilebrequin et par conséquent au moteur à combustion interne. Ceci va permet donc d'assister le travail demandé au moteur et donc de réduire la consommation de carburant du moteur. Dans cette configuration, le dispositif de variation de vitesse 26 a une fonction de réducteur de vitesse entre l'arbre de la turbine et l'arbre de la pompe.

En effet, contrairement à la phase de démarrage, le mouvement de rotation est transmis du pignon vers la roue dentée. Compte tenu du rapport de vitesse, la roue dentée, et donc la pompe, tournera à une vitesse moindre que celle du pignon de l'arbre de la turbine. De cette manière, la turbine peut avoir un régime de rotation bien plus élevé que le régime de rotation du moteur et de la pompe, ce qui est favorable au rendement de la turbine. On se rapporte maintenant à la figure 2 qui montre une autre réalisation d'une turbopompe selon l'invention.

La turbopompe 1 10, qui est également ici une turbopompe cinétique, comprend un boîtier fixe 1 12 qui loge un rotor 1 14 d'une pompe 1 1 6 porté par un arbre de pompe 1 18, et un rotor 120 d'une turbine 1 22 porté un arbre de turbine 124.

Dans l'exemple de la figure 2, les arbres de la pompe et de la turbine sont séparés l'un de l'autre tout en étant dans le prolongement l'un de l'autre, et de préférence de manière coaxiale.

Avantageusement l'arbre de la pompe 1 18 traverse coaxialement l'arbre de la turbine 124, qui de ce fait est creux, pour déboucher au-delà de la turbine.

Comme pour l'exemple de la figure 1 , les deux arbres sont reliés l'un avec l'autre par un dispositif de variation de vitesse 1 26.

Ce dispositif permet également de générer une différence de vitesse de rotation entre l'arbre de pompe et l'arbre de turbine.

Similairement à l'exemple décrit de la figure 1 , le dispositif de variation de vitesse a pour fonction de multiplier la vitesse de rotation entre l'arbre de pompe et l'arbre de turbine lorsque l'arbre de pompe donne l'impulsion de vitesse de rotation ou de réduire la vitesse de rotation entre la turbine et la pompe lorsque l'arbre de turbine génère la vitesse de rotation comme il sera explicité en détail dans la suite de la description. Ce dispositif de variation de vitesse comprend un train épicycloïdal 128 dont le planétaire 130 est porté par l'arbre creux de la turbine 124, dont la couronne 132 est portée par l'arbre de la pompe 1 18, et dont le porte-satellites 134 est porté par une paroi verticale 135 du boîtier 1 12.

Cette turbopompe comprend aussi une poulie de liaison 136 qui est liée en rotation à l'arbre de pompe 1 18 au travers d'un accouplement à commande contrôlé 138, de type embrayage électromagnétique, et qui est commandé en rotation par une bande fermée sur elle-même, comme une chaîne ou une courroie de liaison 140.

Cette bande est avantageusement reliée à une poulie de vilebrequin qui est liée en rotation avec le vilebrequin d'un moteur à combustion interne (non représentés).

Comme pour l'exemple de la figure 1 cette turbopompe trouve plus particulièrement son application pour un circuit fermé, en particulier de type à cycle de Rankine.

Pour cela, la sortie 142 de la pompe 1 16 est reliée à une entrée d'un évaporateur, qui est traversé par le fluide de travail comprimé par la pompe, la sortie de l'évaporateur est connectée à une entrée 144 de la turbine 122 pour y faire admettre le fluide de travail sous forme de vapeur comprimée à haute pression, ce fluide ressortant par une sortie 146 de cette turbine sous forme de vapeur détendue à basse pression.

La sortie de la turbine est raccordée à une entrée d'un condenseur, qui permet de transformer la vapeur basse pression détendue qu'il reçoit en un fluide liquide basse pression pour l'introduire à une entrée 148 de la pompe.

Le fonctionnement de cette turbopompe est semblable à celle de la figure 1 .

Ainsi dans la phase de démarrage du circuit fermé, le moteur à combustion interne est opérationnel et il est nécessaire de réaliser l'amorçage de la pompe 1 1 6 de la turbopompe. Pour ce faire, l'arbre 1 18 est accouplé à la poulie de liaison 136 de la turbopompe par l'embrayage 138. Le mouvement de rotation du vilebrequin est alors transmis à la poulie de liaison par la courroie de liaison 140. Ce mouvement de rotation est ensuite retransmis à l'arbre de pompe et au rotor de pompe ainsi qu'à la couronne 132 du train épicycloïdal 128.

Durant le mouvement de rotation de la couronne, qui est l'élément générateur de mouvement de rotation, cette couronne engrène avec le porte- satellites qui est fixe. Le mouvement de rotation des satellites de ce porte- satellites est communiqué au planétaire 130 puis à l'arbre de la turbine.

Dans cette configuration, le train épicycloïdal a un rapport de vitesse qui permet d'augmenter la vitesse du planétaire par rapport à celle de la couronne. Par cela la turbine tourne à une vitesse plus grande que celle de la pompe.

Le train épicycloïdal 128 a ainsi une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine avec un premier rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine avec une transmission de vitesse de rotation entre la couronne, le porte- satellites et le planétaire.

Après cette phase de démarrage, la turbine produit davantage de puissance que la consommation de la pompe et en conséquence cette turbine devient alors l'élément générateur de mouvement de rotation au détriment de la pompe.

Le moteur à combustion interne est toujours opérationnel et l'arbre 1 18 est accouplé à la poulie 136 de la turbopompe par l'embrayage 138.

La puissance générée par la turbine 122 est transmise au planétaire 130 qui le transmet à la couronne 132 au travers du porte-satellites 134. La puissance de la couronne est transmise à l'arbre de turbine et à la poulie 136 de la turbopompe.

La puissance de la poulie est ensuite transmise par la courroie 140 à la poulie du vilebrequin qui va apporter un surcroit de puissance à ce vilebrequin et par conséquent au moteur à combustion interne.

Dans cette configuration, le dispositif de variation de vitesse 126 a une fonction de réducteur de vitesse entre l'arbre de la turbine et l'arbre de la pompe avec un premier rapport de réduction pour la pompe avec une transmission de rotation entre le planétaire, le porte-satellites et la couronne. L'avantage de cette configuration est de permettre à la turbine un régime de rotation bien plus élevé que le régime de rotation du moteur et de la pompe, ce qui est favorable au rendement de la turbine.

La variante de la figure 3 comporte les mêmes éléments que ceux de la figure 2 mais avec une disposition particulière du train épicycloïdal 128. Dans cette configuration, le planétaire 130 est porté par l'arbre creux de la turbine 124, la couronne 132 est portée par une paroi verticale 135 du boîtier 1 12, et le porte-satellites 134 est porté par l'arbre de la pompe 1 18.

Ce fonctionnement de cette configuration de train épicycloïdal est semblable celle de la figure 2 avec une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine, avec un deuxième rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine, lors de la transmission de vitesse de rotation entre le porte-satellites, la couronne, et le planétaire. La variante de la figure 4 comporte également les mêmes éléments que ceux de la figure 2 ou 3 mais avec une disposition particulière du train épicycloïdal 128, qui est logé entre la turbine et la pompe.

Dans cette variante, le train épicycloïdal comprend la même disposition que celui de la figure 2 avec le planétaire 130 porté par l'arbre creux de la turbine 124, la couronne 132 portée par l'arbre de la pompe 1 18, et le porte-satellites 134 est porté par la paroi verticale 135 du boîtier 1 12.

Le fonctionnement de cette configuration de train épicycloïdal est identique à celui de la figure 2 avec une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine avec un premier rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine avec une transmission de vitesse de rotation entre le porte-satellites, la couronne, et le planétaire, et une fonction de réduction de vitesse entre la turbine et la pompe avec un premier rapport de vitesse réducteur entre le planétaire, le porte-satellites et la couronne.

Le principal avantage de cette variante réside dans l'éloignement de la pompe et de la turbine, qui permet de limiter les échanges thermiques entre les parties chaudes de la turbine et la pompe, avec pour conséquence une amélioration du rendement.

Dans la variante de la figure 5, le train épicycloïdal est également disposé entre la pompe et la turbine comme pour la variante de la figure 4 mais avec une disposition particulière du train épicycloïdal 128.

Dans cette configuration, le planétaire 130 est porté par l'arbre creux de la turbine 124, la couronne 132 est portée par une paroi verticale 135 du boîtier 1 12, et le porte-satellites 134 est porté par l'arbre de la pompe 1 18. Ce fonctionnement de cette configuration de train épicycloïdal est semblable celle de la figure 4 avec une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine, avec un deuxième rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine, lors de la transmission de vitesse de rotation entre le porte-satellites, la couronne, et le planétaire.

La variante de la figure 6 ne diffère de la figure 2 que par la disposition de la turbine 122, qui est inversée, avec l'entrée 144 de la turbine qui est située du côté du train épicycloïdal 128 et sa sortie 146 du côté de la pompe 1 1 6. Cette variante de réalisation permet de juxtaposer le grand diamètre de turbine et le train épicycloïdal, facilitant un design plus compact.

Le fonctionnement de cette configuration est identique à celui de la figure 2 avec une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine avec un premier rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine avec une transmission de vitesse de rotation entre le porte-satellites, la couronne, et le planétaire, et une fonction de réduction de vitesse entre la turbine et la pompe avec un premier rapport de vitesse réducteur entre le planétaire, le porte-satellites et la couronne.

Dans la variante de la figure 7, le train épicycloïdal 128 est également placé entre la pompe 1 1 6 et la turbine 122. Dans cette variante, la pompe 1 1 6 est logée entre le train 128 et la poulie de liaison 136 alors que la turbine est placée en-deçà de ce même train.

Dans l'exemple de la figure 7, les arbres de pompe 1 18 et de turbine 124 sont séparés l'un de l'autre tout en étant coaxiaux et dans le prolongement l'un de l'autre. Le train épicycloïdal 128 est monté entre ces deux arbres avec la couronne 132 portée par l'arbre de pompe 1 18, le planétaire 130 porté par l'arbre de turbine 124 et le porte-satellites 134 porté par une paroi fixe 150 du boîtier 1 12.

La variante de la figure 8 diffère de la figure 7 par le fait que le couronne 132 est portée par une paroi fixe 150 du boîtier 1 12, le planétaire 130 est porté par l'arbre de turbine 124 et le porte-satellites 134 est porté par l'arbre de pompe 1 18.

Cette variante de la figure 7 permet également de réaliser une fonction de multiplicateur de vitesse entre la pompe et la turbine avec un deuxième rapport de vitesse multiplicateur pour la turbine avec une transmission de vitesse de rotation entre le porte-satellites, la couronne, et le planétaire, et une fonction de réduction de vitesse entre la turbine et la pompe avec un premier rapport de vitesse réducteur entre le planétaire, le porte-satellites et la couronne