Brevet FR3134618A1 — publié le 20231020

L’invention concerne un dispositif de commande fluidique (10), pour une machine magnétocalorique (1) comportant au moins un distributeur fluidique (11) pourvu d’un tiroir mobile entre deux positions de distribution, ledit dispositif de commande comportant une came (12) mobile coopérant avec un organe suiveur (13) solidaire du tiroir du distributeur. Le dispositif est caractérisé en ce que ladite came (12) est une came à double effet agencée pour déplacer ledit organe suiveur (13) en translation alternative dans un sens et dans le sens opposé correspondant aux deux positions de distribution dudit distributeur (11), et en ce que ledit organe suiveur (13) comporte un premier élément de guidage (131) agencé pour circuler librement dans ladite came (12) mobile, et un second élément de guidage (132) agencé pour circuler librement dans une glissière (15) fixe, et guider ledit organe suiveur (13) en translation alternative entre lesdites deux positions de distribution, lesdits éléments de guidage (131, 132) comportant des roulements pour assurer un contact roulant sans frottement. Figure pour l’abrégé : Fig 3 Dispositif de commande fluidique notamment pour une machine magnétocalorique et machine magnétocalorique équipée d’un tel dispositif La présente invention concerne un dispositif de commande fluidique, notamment pour une machine magnétocalorique comportant au moins un distributeur fluidique raccordé à un circuit fluidique, ledit au moins un distributeur fluidique comportant un tiroir mobile agencé pour être déplacé entre deux positions de distribution, ledit dispositif de commande comportant une came mobile agencée pour coopérer avec un organe suiveur, ladite came mobile étant couplée à un actionneur, et ledit organe suiveur étant couplé au tiroir mobile dudit distributeur fluidique, ladite came mobile comportant un profil de came pourvu au moins d’un premier tronçon définissant une première position de distribution, d’un second tronçon définissant une seconde position de distribution, et d’une zone de transition reliant ledit premier tronçon audit second tronçon. La présente invention concerne également une machine magnétocalorique comportant au moins un distributeur fluidique raccordé à un circuit fluidique, un arrangement magnétique, un ensemble d’éléments actifs à base de matériau magnétocalorique, ledit arrangement magnétique et ledit ensemble d’éléments actifs étant agencés pour être mobiles relativement l’un par rapport à l’autre, et un fluide caloporteur agencé pour circuler dans ledit circuit fluidique à travers lesdits éléments actifs. D’une manière connue, les distributeurs fluidiques, appelés également vannes, robinets ou similaires, disponibles dans le commerce, peuvent être commandés entre au moins deux positions de distribution par tout type d’actionneurs manuels, mécaniques, électriques, électroniques ou pneumatiques. Ces distributeurs peuvent comporter des organes de rappel, tels que des ressorts de compression ou similaires, qui permettent de mettre sous contrainte la partie mobile du distributeur dans une première position de distribution, et de réaliser le retour de la partie mobile d’une seconde position de distribution à la première position de distribution de matière automatique. La partie mobile du distributeur peut être un tiroir mobile en translation, un boisseau mobile en rotation, ou tout autre organe mobile équivalent. Dans l’application visée par l’invention qui concerne notamment les machines magnétocaloriques et en particulier les générateurs de froid magnétique, on utilise des distributeurs fluidiques, tels que ceux disponibles dans le commerce, pour faire circuler un fluide caloporteur dans une première boucle thermique puis dans une seconde boucle thermique d’un circuit fluidique, la fréquence de commutation entre les deux boucles thermiques devant être synchronisée avec la fréquence de commutation des cycles magnétocaloriques de la machine. Les distributeurs fluidiques peuvent être commandés par une came mobile à simple effet, couplée à un actionneur dédié ou à l’ensemble mobile (rotor) de la machine. La came mobile a généralement un profil de came en forme de L. La partie mobile des distributeurs fluidiques est dans ce cas solidaire d’un galet agencé pour circuler sur le profil de came, sous l’action d’un organe de rappel précontraint. La précontrainte de l’organe de rappel génère un effort perpendiculaire au profil de came, entrainant un frottement important entre le galet et la came. Ce frottement induit de nombreux inconvénients tels que : - un sur-couple et donc une surconsommation au niveau de l’actionneur dédié ou du moteur d’entrainement du rotor, - une usure prématurée de la came, du galet et de l’organe de rappel, - un retard voire un blocage des distributeurs lors du retour de l’organe de rappel dans sa position de précontrainte. Or dans le domaine des machines magnétocaloriques, on cherche en permanence à améliorer le niveau de performances pour augmenter le rendement de conversion d’énergie thermique en travail et inversement selon le mode opératoire de la machine. Pour ce faire, on cherche en permanence à optimiser les différents paramètres, tels que l'intensité et la qualité du champ magnétique, les performances du matériau magnétocalorique, la surface d’échange thermique entre le fluide caloporteur et les éléments actifs à base de matériau magnétocalorique, les performances des échangeurs de chaleur, etc. Les publications WO2009/087310 et WO2015/079313 appartenant à la demanderesse donnent un aperçu des évolutions techniques déjà apportées aux machines magnétocaloriques, qui peuvent être encore améliorées. La présente invention vise à proposer une nouvelle piste d’amélioration en agissant sur la commande fluidique de ce type de machines ou d’autres, pour réduire, voire supprimer les efforts parasites dus aux frottements entre le galet et la came, permettant ainsi d’optimiser l’actionneur dédié et/ou le déplacement du rotor avec un minimum de couple, de réduire la consommation d’énergie nécessaire au fonctionnement de la machine, d’atteindre une meilleure maitrise de la zone de transition entre deux cycles de distribution, et un meilleur réglage de la position des distributeurs par rapport à la came, générant moins d’usure, et permettant d’obtenir un fonctionnement global de la machine plus durable et fiable, pour un rendement optimisé. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif de commande fluidique du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que ladite came est une came à double effet agencée pour déplacer ledit organe suiveur en translation alternative dans un sens et dans le sens opposé correspondant respectivement à ladite première position de distribution et à ladite seconde position de distribution dudit distributeur, et en ce que ledit organe suiveur comporte un premier élément de guidage agencé pour circuler librement dans ladite came, et un second élément de guidage agencé pour circuler librement dans une glissière fixe par rapport audit au moins un distributeur, pour guider ledit organe suiveur en translation alternative entre lesdites deux positions de distribution. Dans une forme préférée de l’invention, le profil de ladite came comporte une gorge en forme de U agencée pour entraîner ledit premier élément de guidage dans les deux sens de déplacement. De préférence, ledit organe suiveur s’étend dans un axe perpendiculaire à l’axe du distributeur et à l’axe du profil de ladite came. Il peut avantageusement comporter deux extrémités libres opposées, le premier élément de guidage et le second élément de guidage étant fixés respectivement auxdites extrémités libres. Le premier élément de guidage et/ou le second élément de guidage dudit organe suiveur peut être choisi dans le groupe comportant un roulement, un galet, un coussinet, un patin, un doigt. La glissière fixe peut être prévue dans une pièce de fixation solidaire dudit au moins un distributeur fluidique, et ledit au moins un distributeur peut comporter des moyens de réglage agencés pour ajuster la position de son tiroir mobile et de l’organe suiveur par rapport à ladite came. Selon les variantes de réalisation de l’invention, ladite came peut être circulaire et entrainée en rotation continue, ledit profil de came étant dans ce cas fermé sur lui-même. Ladite came peut également être rectiligne et entrainée en translation alternative, ledit profil de came étant dans ce cas ouvert. Dans ce but également, l'invention concerne une machine magnétocalorique du genre indiqué en préambule, caractérisée en ce qu’elle comporte un dispositif de commande fluidique tel que défini ci-dessus, couplé audit au moins un distributeur fluidique et agencé pour faire circuler ledit fluide caloporteur dans une première boucle thermique dudit circuit fluidique puis dans une seconde boucle thermique dudit circuit fluidique en fonction d’une fréquence de commutation déterminée. En fonction des variantes de réalisation de l’invention, ledit dispositif de commande fluidique peut être séparé dudit arrangement magnétique et dudit ensemble d’éléments actifs, ladite came étant dans ce cas couplée à un actionneur dédié. Ledit dispositif de commande fluidique peut également être intégré audit arrangement magnétique et audit ensemble d’éléments actifs, ladite came étant dans ce cas couplée à un ensemble mobile de la machine portant ledit arrangement magnétique ou ledit ensemble d’éléments actifs. Ladite machine magnétocalorique peut comporter un distributeur fluidique par élément actif agencé pour distribuer ledit fluide caloporteur alternativement dans ladite première boucle thermique et dans ladite seconde boucle thermique, ledit dispositif de commande fluidique comportant dans ce cas une came. Elle peut également comporter deux distributeurs fluidiques par élément actif agencés chacun pour distribuer ledit fluide caloporteur dans une de ladite première boucle thermique ou de ladite seconde boucle thermique, ledit dispositif de commande fluidique comportant dans ce cas deux cames parallèles. Selon les variantes de réalisation de l’invention, ledit au moins un distributeur peut être disposé axialement et parallèlement à l’axe dudit actionneur dédié ou dudit ensemble mobile. Il peut aussi être disposé radialement et perpendiculairement à l’axe dudit actionneur dédié ou dudit ensemble mobile. Lorsque dans la machine magnétocalorique, ledit ensemble mobile porte ledit arrangement magnétique, alors ladite came peut être fixée sur ledit ensemble mobile, et comporter des moyens de réglage agencés pour ajuster la position relative de la came par rapport aux pôles magnétiques dudit arrangement magnétique. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : est un schéma de fonctionnement d’une machine magnétocalorique selon l’invention, est une vue en perspective d’une machine magnétocalorique carénée, vue depuis une de ses extrémités axiales comportant des distributeurs fluidiques disposés radialement coopérant avec un dispositif de commande fluidique selon l’art antérieur, est une vue en perspective d’une partie agrandie de la machine de la , montrant des distributeurs fluidiques disposés axialement coopérant avec un dispositif de commande fluidique selon l’invention, est une vue en plan de la partie agrandie de la machine de la , est une vue en coupe axiale agrandie du dispositif de commande fluidique de l’invention associé à un distributeur fluidique, est une vue en perspective d’une came mobile seule faisant partie du dispositif de commande fluidique de l’invention, est un schéma de principe d’une première variante de réalisation du dispositif de commande fluidique selon l’invention, est un schéma de principe d’une deuxième variante de réalisation du dispositif de commande fluidique selon l’invention, est un schéma de principe d’une troisième variante de réalisation du dispositif de commande fluidique selon l’invention, et est un schéma de principe d’une machine magnétocalorique selon une variante de l’invention, dans laquelle les distributeurs fluidiques et le dispositif de commande fluidique sont séparés du reste de la machine. Dispositif de commande fluidique (10), notamment pour une machine magnétocalorique (1) comportant au moins un distributeur fluidique (11) raccordé à un circuit fluidique (5), ledit au moins un distributeur fluidique comportant un tiroir mobile agencé pour être déplacé entre deux positions de distribution, ledit dispositif de commande (10) comportant une came (12) mobile agencée pour coopérer avec un organe suiveur (13), ladite came (12) étant couplée à un actionneur, et ledit organe suiveur (13) étant couplé au tiroir dudit distributeur (11), ladite came (12) comportant un profil de came pourvu au moins d’un premier tronçon (T1) définissant une première position de distribution, d’un second tronçon (T2) définissant une seconde position de distribution, et d’une zone de transition (ZT) reliant ledit premier tronçon (T1) audit second tronçon (T2), dispositif de commande caractérisé en ce que ladite came (12) est une came à double effet agencée pour déplacer ledit organe suiveur (13) en translation alternative dans un sens et dans le sens opposé correspondant respectivement à ladite première position de distribution et à ladite seconde position de distribution dudit distributeur (11), et en ce que ledit organe suiveur (13) comporte un premier élément de guidage (131) agencé pour circuler librement dans ladite came (12), et un second élément de guidage (132) agencé pour circuler librement dans une glissière (15) fixe par rapport audit au moins un distributeur (11), pour guider ledit organe suiveur (13) en translation alternative entre lesdites deux positions de distribution. Dispositif de commande fluidique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le profil de ladite came (12) comporte une gorge (121) en forme de U agencée pour entraîner ledit premier élément de guidage (131) dans les deux sens de déplacement. Dispositif de commande fluidique selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit organe suiveur (13) s’étend dans un axe perpendiculaire à l’axe du distributeur (11) et à l’axe du profil de ladite came (12). Dispositif de commande fluidique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit organe suiveur (13) comporte deux extrémités libres opposées, et en ce que le premier élément de guidage (131) et le second élément de guidage (132) sont fixés respectivement auxdites extrémités libres. Dispositif de commande fluidique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier élément de guidage (131) et/ou le second élément de guidage (132) dudit organe suiveur (13) est choisi dans le groupe comportant un roulement, un galet, un coussinet, un patin, un doigt. Dispositif de commande fluidique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la glissière (15) fixe est prévue dans une pièce de fixation (14) solidaire dudit au moins un distributeur fluidique (11), et en ce que ledit au moins un distributeur (11) comporte des moyens de réglage agencés pour ajuster la position de son tiroir mobile et de l’organe suiveur (13) par rapport à ladite came (12). Dispositif de commande fluidique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite came (12) est circulaire et entrainée en rotation continue, et en ce que ledit profil de came est fermé sur lui-même. Dispositif de commande fluidique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite came est rectiligne et entrainée en translation alternative, et en ce que ledit profil de came est ouvert. Machine magnétocalorique (1) comportant au moins un distributeur fluidique (11) raccordé à un circuit fluidique (5), un arrangement magnétique (3), un ensemble d’éléments actifs (2) à base de matériau magnétocalorique, ledit arrangement magnétique (3) et ledit ensemble d’éléments actifs (2) étant agencés pour être mobiles relativement l’un par rapport à l’autre, et un fluide caloporteur agencé pour circuler dans ledit circuit fluidique (5) à travers lesdits éléments actifs (2), caractérisé e en ce qu’elle comporte un dispositif de commande fluidique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, couplé audit au moins un distributeur fluidique (11) et agencé pour faire circuler ledit fluide caloporteur dans une première boucle thermique (5a) dudit circuit fluidique (5) puis dans une seconde boucle thermique (5b) dudit circuit fluidique (5) en fonction d’une fréquence de commutation déterminée. Machine magnétocalorique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit dispositif de commande fluidique (10) est séparé dudit arrangement magnétique (3) et dudit ensemble d’éléments actifs (2), et en ce que ladite came (12) est couplée à un actionneur dédié (20). Machine magnétocalorique selon la revendication 9, caractérisée en ce que ledit dispositif de commande fluidique (10) est intégré audit arrangement magnétique (3) et audit ensemble d’éléments actifs (2), et en ce que ladite came (12) est couplée à un ensemble mobile (R) de la machine portant ledit arrangement magnétique (3) ou ledit ensemble d’éléments actifs (2). Machine magnétocalorique selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce qu’elle comporte un distributeur (11) par élément actif (2) agencé pour distribuer ledit fluide caloporteur alternativement dans ladite première boucle thermique (5a) et dans ladite seconde boucle thermique (5b), et en ce que ledit dispositif de commande fluidique (10) comporte une came (12). Machine magnétocalorique selon l’une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce qu’elle comporte deux distributeurs (11) par élément actif (2) agencés chacun pour distribuer ledit fluide caloporteur dans une de ladite première boucle thermique (5a) ou de ladite seconde boucle thermique (5b), et en ce que ledit dispositif de commande fluidique (10) comporte deux cames (12, 12’) parallèles. Machine magnétocalorique selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que ledit au moins un distributeur (11) est disposé axialement et parallèlement à l’axe dudit actionneur dédié (20) ou dudit ensemble mobile (R). Machine magnétocalorique selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce que ledit au moins un distributeur (11) est disposé radialement et perpendiculairement à l’axe dudit actionneur dédié (20) ou dudit ensemble mobile (R). Machine magnétocalorique selon l’une quelconque des revendications 11 à 15, dans laquelle ledit ensemble mobile (R) porte ledit arrangement magnétique (3), caractérisée en ce que ladite came (12) est fixée sur ledit ensemble mobile (R), et en ce que ladite came (12) comporte des moyens de réglage (123) agencés pour ajuster la position relative de la came (12) par rapport aux pôles magnétiques (3) dudit arrangement magnétique.