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EP3814611A1 - Procede et dispositif de conversion d'energie thermique - Google Patents

Procede et dispositif de conversion d'energie thermique

Info

Publication number
EP3814611A1
EP3814611A1 EP19744766.7A EP19744766A EP3814611A1 EP 3814611 A1 EP3814611 A1 EP 3814611A1 EP 19744766 A EP19744766 A EP 19744766A EP 3814611 A1 EP3814611 A1 EP 3814611A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
flow
fluid
energy
stream
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19744766.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3814611C0 (fr
EP3814611B1 (fr
Inventor
Jean-Edmond Chaix
Patrick Bouchard
Guillaume LE GUEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEVATECH
Original Assignee
Hevatech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hevatech filed Critical Hevatech
Publication of EP3814611A1 publication Critical patent/EP3814611A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3814611C0 publication Critical patent/EP3814611C0/fr
Publication of EP3814611B1 publication Critical patent/EP3814611B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K1/00—Steam accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • F01K25/065—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/186—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat

Definitions

  • the field of the invention is that of heat recovery technologies, in particular industrial waste heat.
  • the invention relates in particular to a process for converting thermal energy into mechanical energy, then, preferably, into electrical energy and / or into cooling energy.
  • the invention also relates to a device for implementing this method.
  • Fatal heat is the residual heat from a process and not used by it (smoke, drying mist, exhaust from a heat engine, %)
  • the sources of fatal heat are very diverse. These can be energy production sites (nuclear power plants), industrial production sites, tertiary buildings that are all the more emitters of heat as they are heavy consumers of them such as hospitals, transportation networks in closed location, or disposal sites such as thermal waste treatment units.
  • Fatal heat represents a deposit of around 50% of world energy consumption, all areas combined.
  • patent application WO2012089940A2 describes a device for converting thermal energy into mechanical energy comprising:
  • the first path being thermally coupled to the second path so as to heat the first fluid between each expansion
  • a mixing device connected to the first outlet from the chamber and to the second outlet of the steam generator and configured so as to mix the first fluid in vapor form with a heat transfer fluid to obtain a double phase mixture.
  • the heat transfer fluid is heated by means of solar energy collection.
  • the heat transfer fluid is for example oil while the first fluid is a thermodynamic flow, for example water or a water / glycerol mixture.
  • This double phase mixture is a flow of heat transfer fluid in the form of oil droplets and of thermodynamic fluid in the form of water vapor, at high temperature.
  • the kinetic energy of this flow is transformed into mechanical energy by means of a turbine of the Pelton turbine type, driving an electric alternator.
  • the oil / water mixture is recovered at the turbine outlet and the 2 fluids are separated, which are then reused in this energy conversion from heat to mechanical energy and then into electricity.
  • the heat transfer fluid is heated by a solar concentrator and then contributes to the transformation into vapor of the thermodynamic fluid then to the heating of the thermodynamic fluid between each expansion.
  • This method and this device according to W02012089940A2 are not specifically adapted to the transformation into electrical energy of thermal energy originating from waste heat, which can have a wide temperature range. Furthermore, the performance of this known method and device can be improved in particular in terms of energy efficiency and extension of the range of electrical powers generated.
  • the present invention aims to satisfy at least one of the objectives set out below.
  • One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and / or into cooling energy, the desired improvement consisting of an improvement in the energy efficiency of the conversion.
  • One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy from a waste heat source into mechanical energy and, preferably into electrical energy and / or into cooling energy, the improvement research consisting of adaptability of the process to sources of waste heat whose temperature varies over a wide range.
  • One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and preferably into electrical energy and / or into cooling energy, which is economical in terms of production and maintenance.
  • One of the essential objectives of the present invention to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and / or into cooling energy, which is suitable for environmental constraints.
  • One of the essential objectives of the present invention is to provide an industrial, reliable, efficient, economical and robust device for the implementation of the process as referred to in one of the above objectives.
  • FF fatal fluid
  • thermodynamic fluid FT thermodynamic fluid
  • FC heat transfer fluid
  • the thermal energy to be converted from the fluid FF is transferred to the flow f t0 of the fluid FT to generate a flow f 1 , the temperature of which is higher than that of the flow f 10 , the fluid FT of the flow f * being:
  • the flow faries is heated, to vaporize it so that its vapor content is greater than or equal to 0.9; preferably 0.95;
  • this method comprises the implementation of at least one FT circulation loop and at least one FC circulation loop;
  • IMA Injector-Mixer-Accelerator
  • the FT circulation loop comprising at least one heat exchanger between FT (step V, even VI) and FF, at least one FT condenser and at least one pump for circulating FT in this loop;
  • FC circulation loop comprising a heat exchanger between FC (step II) and FF and at least one FC circulation pump in this loop.
  • thermokinetic conversion technique which is economical, reliable, efficient, eco-compatible and with improved yield.
  • This system has a low investment and maintenance cost.
  • the method comprises, for the implementation of step VII, the choice of a ratio Rd of the mass flow rate of the FT fluid over the total mass flow rate of the FC fluid and of the FT fluid, is between 1 and 20%, preferably between 3 and 18%, and more preferably still between 5 and 15%.
  • the thermal energy to be converted is contained in a fatal fluid FF, of which a part of the calories is transferred first to FC (step II), and of which another part of the calories is then transferred to FT for its heating and, preferably, for its vaporization (steps V and VI).
  • the temperature of FF at the outlet of the FC and FT heating exchangers can be advantageously adapted, before FF is evacuated outside.
  • FF when FF is loaded with solid particles, FF is discharged outside, preferably, after having been subjected to an extraction treatment of these solid particles by filtration, which imposes a maximum temperature of FF, in order to do not degrade the filters (typically ⁇ 200 ° C).
  • the final temperature of the FF is adapted to the filtration constraints, if necessary, before its evacuation to the outside and / or to the constraints corrosion, because it is possible to optimally size the heat exchangers used in this process, and in particular the temperature of FF at the outlet of the FF / FT exchanger for heating FT.
  • the temperature of the fluid FF at the end of steps II, V or even VI is between 100 and 200 ° C and more preferably still, between 180 ° C and 200 ° C.
  • the injection of the flow f * of the thermodynamic fluid FT into a GIMA injection enclosure is done at a speed of between 40 and 300 m / s, preferably between 50 and 150 m / s and, more preferably still, between 60 and 100 m / s.
  • the flow f * is preferably accelerated and expanded in at least one chamber of suitable profile, preferably in a nozzle.
  • step VIII the flow f * is subjected, during at least one step (VIN 0 ) of pre-acceleration by expansion, preferably quasi-isothermal or polytropic, of the flow f 1 , in at least a chamber of suitable profile, preferably in a nozzle; this step (VIN 0 ) being advantageously implemented in the same chamber of suitable profile as that of step (VIII).
  • FT is an aqueous liquid, preferably chosen from the group comprising - ideally consisting of - water, glycerol and their mixtures.
  • FC is chosen from vegetable or mineral oils, preferably from oils immiscible with water and / or having a varnish onset temperature greater than or equal to 200 ° C., preferably at 300 °. C, and, more preferably still among vegetable oils; FC being ideally chosen from the group comprising -ideally composed of-: castor oil and / or olive oil.
  • the fatal fluid FF initially has a temperature greater than or equal to 200 ° C and preferably greater than or equal to 300 ° C, and / or is chosen from gaseous fluids and, more preferably still, in the group comprising - ideally composed of: hot air, water vapors, engine exhaust gases, fumes, in particular industrial fumes, flame heat and dryer heat, or among the liquid fluids (eg. as is the case in concentrated solar installations).
  • the operating pressure Pf 1 (in bars) of the flow f * before injection during step VII and after compression of the flow f t0 ° of FC in step XIV, is such that - in increasing order of preference- :
  • Pf c0 and Pf ' are the same or different, preferably the same;
  • the pressure Pf c1 / * of the flow f c1, t after step IX of conversion of the kinetic energy into mechanical energy, in bars and in an increasing order of preference, is such: pf c - i / i ⁇ 2; 0.3 ⁇ Pf c1 / t ⁇ 1.5; around 1 bar (atmospheric pressure).
  • the size of the FC droplets making up the fragmented flow generated in step (III) is between 100 and 600 ⁇ m, preferably between 200 and 400 ⁇ m.
  • the present invention relates to a simple and effective device, in particular for the implementation of the method according to the invention, characterized in that it comprises at least one circulation loop for FT and at minus one HR circulation loop,
  • IMA Injector-Mixer-Accelerator
  • the FT circulation loop comprising at least one heat exchanger between FT (step V, even VI) and FF, at least one FT condenser and at least one pump for circulating FT in this loop;
  • FC circulation loop comprising a heat exchanger between FC (step II) and FF and at least one FC circulation pump in this loop.
  • GIMA comprises at least one mixer with nozzles of the flow f c0 fragmented and of the flow f 'in the form of vapor.
  • GIMA advantageously comprises at least one acceleration nozzle connected to the outlet of the mixer (s).
  • the converter of the accelerated flow f c1 / t into mechanical energy is constituted by at least one turbine, preferably an action turbine.
  • the transformer of mechanical energy into electrical energy consists of at least one alternator and / or at least one generator
  • the transformer of mechanical energy into refrigerating energy consists of at least one refrigerating machine comprising at least one compressor comprising at least one shaft capable of being rotated by a source of mechanical energy.
  • this transformer of mechanical energy into refrigeration energy consists of at least one direct drive from the compressor shaft of the refrigeration machine.
  • the mixer is a nozzle mixer which comprises:
  • the FT inlet duct comprising an internal and axial segment relative to the mixing chamber, this internal and axial segment being provided with at least one terminal FT ejection nozzle, which has an FT outlet orifice disposed in the vicinity of the smaller end portion of the converging mixing chamber;
  • FC inlet pipe communicating with a plurality of FC ejection nozzles which are distributed around the periphery of the internal and axial FT inlet segment, and which comprises FC outlet orifices upstream of the orifice exit from FT;
  • the internal and axial segment of the FT intake duct preferably being equipped with an acceleration member, advantageously formed by a venturi.
  • thermodynamic fluid FT fluid at least partially vaporizable by means of the calories of thermal energy to be converted and coming from the fatal fluid FF
  • heat transfer fluid FC liquid fluid capable of absorbing the calories of thermal energy to be converted and coming from the fatal fluid FF, without entirely passing into the gaseous state;
  • the "appearance temperature of a varnish” is the temperature from which there is a change in the viscosity characteristics of the oil, in particular a marked increase in viscosity.
  • FIG. 1 is a block diagram of the system according to the invention which includes the method with its operating methods and the device with its constituent elements.
  • FIG. 2A is a diagram of the system according to the invention showing the flows of thermodynamic fluid FT and of heat transfer fluid FC at different places in the device and at different times of the process.
  • FIG. 2B is an entropy diagram of the temperature T of the thermodynamic fluid FT as a function of the entropy S, corresponding to the system of FIG. 2 A.
  • FIG. 3A is a diagram of a double expansion variant of the system according to the invention showing the flows of thermodynamic fluid FT and of heat transfer fluid FC at different places in the device and at different times of the process.
  • FIG. 3B is an entropy diagram of the temperature T of the thermodynamic fluid FT as a function of the entropy S, corresponding to the system of FIG. 3A.
  • Figure 4 is a sectional view of the injector-mixer-accelerator (IMA) according to a first embodiment.
  • IMA injector-mixer-accelerator
  • Figure 5 is a schematic view in partial section of the turbine and the alternator of the device shown in Figures 1 & 2A.
  • Figure 1 diagrammatically illustrates the principle and the means of the system according to the invention for converting thermal energy into mechanical and then electrical energy.
  • the block -1- symbolizes a fatal heat source contained in a fatal fluid (FF). It may, for example, be an industrial smoke-emitting (FF) process.
  • FF temperature T °
  • FF temperature T 1
  • FF temperature T 2
  • FF temperature T 2
  • This treatment is, for example, filtration carried out by means of 'a bag filter.
  • FF cleared of at least part of the solid elements is evacuated by the pipe 2 3 to a chimney 6 which releases FF into the ambient air.
  • the device symbolized in FIG. 1 also includes an injector-mixer-accelerator (IMA) 10ii producing a mixed and accelerated double phase flow f c1 / t , a 1 1 iii converter of the kinetic energy of the mixed and accelerated double phase flow f c1 / t , into mechanical energy, and a transformer 12iv of this mechanical energy into electrical energy.
  • IMA injector-mixer-accelerator
  • the converter 1 1 iii is for example a Pelton type action turbine and the transformer 12iv, an electric generator.
  • FC a fluid circulation loop FC and a fluid circulation loop FT.
  • FC loop includes:
  • a coil 32 seat of the transfer of calories from FF to FC (as an alternative to the coil, it is possible to implement an exchanger operating according to another technology, for example: smoke tube, plates, etc.);
  • FC and FT separator comprising a capacity 13v and disposed at the outlet of the turbine 11 iii a line 34 of recovery / recycling of FC, connected to the separation capacity 13v; a pump 35 for circulating FC,
  • this pump 35 being connected, on the one hand, to the separation capacity 13v by the pipe 34, and, on the other hand, to the exchanger 3i, by the pipe 31.
  • the FT loop includes:
  • a coil 42 seat of the transfer of calories from FF to FC (as an alternative to the coil, it is possible to implement an exchanger operating according to another technology, for example: smoke tube, plates, etc.);
  • this pump 47 being connected, on the one hand, to the condenser 45 by the pipe 46, and, on the other hand, to the exchanger 4i, by the pipe 41.
  • FT is advantageously selected from the group comprising: water, glycerol, and their mixtures.
  • FC is advantageously selected from vegetable or mineral oils, immiscible with water, for example castor oil and / or olive oil.
  • the fatal FF fluid is constituted eg by fumes.
  • FT is, for example, water identified by the references e1 to e6
  • FC is, for example, castor oil, identified by the references h1 to h3
  • the fumes FF are identified by the references f1 to f3.
  • a liquid flow f 0 of oil h1 at the temperature Th1, for example between 200 and 350 ° C, and at a pressure Ph1 travels in the line 34, thanks at the oil pump 35 circulating f °°, then a liquid flow f c0 of oil h2 at a pressure Ph2 higher than Ph1, reaches the oil inlet of the heat exchanger 3i fumes f1 / oil h2 , via line 31.
  • the fumes f1 enter the exchanger via another inlet, and preferably against the flow of the liquid stream f c0 .
  • the operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the pulverization of step III and after the compression of the flow f c0 of FC in step XII is for example between 10 and 20 bars.
  • the flow f c0 of oil h3 heated in step (II) is collected at the outlet of the exchanger 3i via the pipe 33, at the temperature Th3> Th1 & Th2, for example between 200 and 350 ° C, then enters in IMA 10ii.
  • the speed V of the flow f c0 is, for example, between 10 and 20 m / s.
  • the IMA 10ii includes a fragmenter which transforms this liquid liquid flow of oil h3 into a mist of droplets h3.
  • the size of these droplets is for example between 200 and 400 ⁇ m.
  • a liquid flow f t0 of water e1 travels in the pipe 46, thanks to the water pump 47 for circulation of f t0 , then a liquid flow f t0 of water e2, at a temperature Te2, for example between 40 and 80 ° C, lower than Te cond , reaches the water inlet of the heat exchanger 4i fumes f2 / water e2, through line 41.
  • the operating pressure Pf ′ (in bars) of the flow f ′ before spraying in step III and after the compression of the flow f t0 ° of FC in step XIV is for example identical to Pf c0 and between 10 and 20 bars.
  • the stream f * of water e3 heated in step (V) and at least partly made up of steam, is collected at the outlet of the exchanger 4i by the pipe 43, at the temperature Te3> Tel & Te2, for example included between 180 and 250 ° C, then enters the IMA 10ii.
  • Te3 advantageously corresponds to the evaporation temperature Te vap of the FT, in this case water.
  • the speed V of the flow f ‘of steam is, for example, between 60 and 100 m / s.
  • step (VI) of heating the stream f ‘of water e3 stream f‘, to vaporize it so that its vapor content is greater than or equal to 0.9; preferably at 0.95, is achieved by a suitable dimensioning of the exchanger 4i.
  • step (III) • from step (III) of spraying the stream f c0 heated in step (II) to generate a stream f c1 fragmented with droplets of fluid FC, in this case oil; • of step (VII) of injecting the flow f * into at least one enclosure also receiving the flow f c1 of fluid FC, to form a mixed biphasic flow f c1 / t e3m;
  • This acceleration increases the speed of the flow f c1 mixed with the flow f ', from 10 to 20 m / s, at a speed Vf c1 / t greater than or equal to 100 m / s, for example between 120 and 140 m / s.
  • This biphasic mixed flow f c1 / t e3m becomes the accelerated biphasic mixed flow f c1 / t e4.
  • FIG. 2B which represents the cycle described by the flow f 'of steam e3 between the hot source and the cold source in the space T temperature and S entropy, shows that the expansion of step (VII) is an isothermal expansion until the flow f * of vapor and the fragmented flow f c1 are mixed, which induces an almost isothermal expansion up to the flow f c1 / t e3m.
  • step (VIII) of acceleration and relaxation of the two-phase mixed flow f c1, t corresponds to step (VIII) of acceleration and relaxation of the two-phase mixed flow f c1, t .
  • step (X) Before the separation of step (X), the flow f c1 / t e4 which has become e5 and released from a large part of its kinetic energy, is characterized by a pressure pf c1 / t approximately equal to or equal to atmospheric pressure.
  • step (X) After the separation of step (X), the flow f c1 / t e5 is divided into a flow f t10 ° e6 and into a flow f 0 h1. f c1, t and f t10 ° are recovered separately according to step (XI).
  • step (XII) it is compressed and the circulation speed is increased by f 0 .
  • the flow f t0 ° of water vapor e6 sees its temperature drop to reach the temperature Tel of the flow f t0 at least in part of liquid water e1, during the condensation step according to step (XIII).
  • step (XIV) it is compressed and the circulation speed is increased by f t0 .
  • the relaxation of the flow f * in the enclosure also receiving the flow f c1 of fluid mist FC generates a trumpet effect caused by a motor flow, namely the flow f 'of FT, on an aspirated flow, namely the flow f c1 of FC.
  • This horn effect is determined by the configuration of the I ⁇ MA 10ii mixing enclosure.
  • this involves performing a step (VIII 0 ) of pre-acceleration of the flow f 'by expansion, preferably polytropic, of the flow f
  • FIG. 3A shows the diagram of the system according to this "double trigger" variant.
  • the present invention relates to a device in particular for implementing the method according to the invention.
  • This device includes:
  • it is an expansion nozzle whose profile is optimized to accelerate the speed of the FT vapor flow.
  • the mixer (s) 10M included in the IMA 10ii can be a mixer (s) in which the fragmenter is a nozzle fragmenter and / or any other device known per se comprising a suitable fragmenter.
  • Fluid speed speed of sound in the middle.
  • the nozzle mixer preferably comprises:
  • the mixing chamber 50 has in this embodiment a general shape of a warhead, provided with an upstream wall 53, a longitudinal wall 54, and a downstream end portion 55 of convergence.
  • the upstream wall 53 is connected to the duct 51 for admitting FT into the interior of the mixing chamber 50.
  • a nozzle holder 56 connects the intake duct 51 to a terminal nozzle 57 for ejecting the flow f * of vapor e3i in the enclosure 58 of the mixing chamber 50.
  • the nozzle holder 56 comprises in its terminal part a nozzle 57 making it possible to carry out the step (VI II) of acceleration and expansion of the flow f *, preferably almost isothermal or by polytropic defect, of the flow f 'of vapor e3 (FIG. 3A) so as to obtain the flow f 'of e3i vapor ejected.
  • the nozzle holder 56 is an internal and axial segment with respect to the mixing chamber.
  • the FT terminal ejection nozzle 57 has an outlet orifice 57 s for the flow f ′ of vapor e3, disposed in the vicinity of the smaller end portion of the converging conical chamber 50.
  • the pipe 52 for admitting the f °° flow of FC into the mixing chamber 50 extends in a direction orthogonal to the duct 51 for admitting the flow f * of FT.
  • This pipe 52 opens into a circular pre-chamber 60 located in the upstream part of the warped chamber 50.
  • This pre-chamber 60 distributes the flow ° of FC a set of nozzles 61, 62 peripherals distributed homogeneously around the nozzle holder 56, according to 2 levels, a central upstream level: nozzles 62 and a downstream peripheral level: nozzles 61.
  • These nozzles 61, 62 whose outlet ports of FC are upstream of the outlet port 57 s of the flow f ′ of FT, produce the mist of FC droplets (flow f 1 ) in the enclosure 58 of the chamber 50 mixture.
  • the downstream end portion 55 of convergence of the mixing chamber 50 is secured to the longitudinal wall 54 of this mixing chamber 50, by means of an upstream system of flanges and bolts designated by the general reference 63 in FIG. 4.
  • a circular seal 64 is placed between this downstream end portion 55 and the longitudinal wall 54.
  • Another downstream system 66 of flanges and bolts allows the downstream end portion 55 to be secured to the ogive chamber 50 to a conduit d 'acceleration 67.
  • the latter consists of a nozzle (of which only the upstream part and shown in Figure 4), collects the mixed biphasic flow f c1 / t (referenced e3m in Figure 3A) to make it undergo an acceleration.
  • the nozzles 61 and 62 which are for example and in this case those which have an end portion in helical shape ("corkscrew").
  • the nozzle holder 56 with an upstream constriction 59, as well as the acceleration nozzle 67 are also parts known in themselves and suitable for exercising the acceleration function of vapor fluid or biphasic vapor / oil.
  • the end of the outlet orifice 57 s of the terminal ejection nozzle 57 is placed at a distance d from the upstream terminal part of the inlet of the acceleration duct 67 of diameter D, such that: D £ d £ 3D, preferably 1.5D ⁇ d ⁇ 2.5D.
  • the ogival convergent structure of the mixing chamber 50 the relative positioning of the nozzle 57 downstream of the nozzles 61/62 makes it possible to generate a proboscis effect by which the flow f * of FT is a motive fluid which entrains the aspirated fluid constituted by the mist of fluid droplets FC (oil) flow f
  • This probing effect makes it possible to reduce the pressure at the outlet of the pump 35 of the FC fluid and therefore to reduce the power consumed.
  • Pelton type turbine such as that described in PCT patent application WO2012 / 089940A2, in particular in the figures of 3 and 4 and in the corresponding parts of the description.
  • the kinetic energy converter 1 1 iii comprises a heat-insulated enclosure 150 formed by two half-shells 152 domed in an elliptical shape advantageously welded to two flanges 154.
  • the welding of the two half-shells 152 forms a sealed enclosure 150 of axis B substantially vertical and perpendicular to the axis A of the injector 151.
  • the bottom of the enclosure 150 forms, for example, the reservoir of heat transfer fluid FC (oil) where it is collected after passing through the converter 1 1 iii, as this will be described later.
  • a tank 155 is arranged inside the enclosure 150.
  • This tank 155 is formed by a bottom 156 of substantially frustoconical or funnel-shaped shape and by a wall 157 of substantially cylindrical shape extending from from the bottom 156, the bottom 156 and the wall 157 extending along the axis B.
  • a cylindrical action wheel 158 is rotatably mounted on the tank 155 by means of a shaft 159 extending along the axis B substantially vertical.
  • the action wheel 158 is arranged opposite the injector 20 so that the jet injected by the latter drives the action wheel 158 and the shaft 159 in rotation so as to transform the axial kinetic energy of the jet into energy kinetics of rotation of the shaft 159.
  • the action wheel 158 is disposed in the enclosure 150.
  • the action wheel 158 comprises a plurality of blades 160 extending substantially radially and having a concave shape.
  • the concavity 161 of the blades 160 is turned towards the injector 151 so that the injected jet coming from the injector reaches said concavities 161 and causes the rotation of the wheel 158.
  • the concavity of the blades 160 has an asymmetrical shape with respect to a axis C passing through the bottom 162 of the concavities and substantially perpendicular to these concavities, that is to say substantially parallel to the axis A situated above the axis C. This asymmetry determines for each blade 160 an upper part 163 extending above the C axis and a lower part 164 extending below the C axis.
  • the upper part 163 and the lower part 164 have radii of curvature and different lengths.
  • the radius of curvature of the lower part 164 is greater than the radius of curvature of the upper part 163, while the length of the lower part 164 is greater than the length of the upper part 163.
  • the injector 151 is arranged to inject the jet on the upper part 163 of the blades 160.
  • the position of the injection of the jet on the blades 160 as well as the particular shape of these make it possible to lengthen the path of the jet in the vanes 160 and to improve the stratification of this jet at the outlet of the vanes, which allows the subsequent separation of the heat transfer fluid and the gas at high temperature.
  • the exit angle of the jet of the blades 160 that is to say the angle formed between the tangent at the end of the lower part of the blade and the horizontal axis C, is substantially between 8 ° and 12 ° so that the jet leaving the blade 160 has a greater kinetic energy than in a conventional Pelton turbine where the angle of exit of the blades is substantially between 4 ° and 8 °. This additional kinetic energy improves the separation of the heat transfer fluid and the gas at high temperature.
  • the jet enters a deflector 165 extending under the blades 160 and arranged to redirect the fluid received towards the wall 157 of the tank 155.
  • the deflector 165 makes it possible to stratify the mixture of the heat transfer fluid and the high temperature gas, as shown in Figure 4 of W02012 / 089940A2.
  • the deflector 165 more particularly represented in FIG.
  • W02012 / 089940A2 has a shape arranged to recover the mixture leaving the wheel 158 in a substantially vertical direction and to continuously redirect this mixture in a substantially horizontal direction, as shown in Figure 4 of W02012 / 089940A2, so that it comes out of the deflector 165 tangentially to the wall 157 of the tank 155, that is to say that the mixture leaves the deflector 165 along the wall 157 of the tank 155.
  • the deflector 165 comprises at least one inlet opening 166 of the mixture of heat transfer fluid and high temperature gas at the outlet of the drive wheel 158, said opening extending in a plane substantially perpendicular to the axis B of the wheel 158, that is to say a substantially horizontal plane, and an outlet opening 167 for the mixture, said opening extending in the vicinity of the wall 157 of the tank 155 and in a substantially vertical plane.
  • the inlet opening 166 and the outlet opening 167 are connected to each other by an envelope 168 having a curved shape, as shown in FIG. 3 of WO2012 / 089940A2.
  • internal walls extend inside the casing 168 substantially parallel to the latter so as to define channels for circulation of the mixture in the envelope and to separate several inlet openings and a corresponding number of outlet openings.
  • the separation of the heat transfer fluid and the high temperature gas begins in the vanes 160 by centrifuging the mixture due to the shape of the vanes 160. Passing through the deflector 165, the rest of the mixture is laminated and passes continuously from a flow in the direction of exit of the wheel 158 to a flow tangential to the wall 157 of the tank 155, as shown in Figure 4 of W02012 / 089940A2. This tangential flow causes a centrifugation of the mixture, due to the cylindrical shape of the wall 157, which makes it possible to complete the separation of the high temperature gas and the heat transfer fluid by cyclone effect.
  • the separation of the mixture is carried out optimally so that the heat transfer fluid and the high temperature gas are more than 98% separated.
  • the fact of providing an action wheel 158 in rotation about a substantially vertical axis B makes it possible to create the cyclone effect on the wall of the tank, because it is possible to place a deflector 165 reorienting the mixture adequately.
  • the energy converter comprises several injectors 151, for example six, as in a conventional Pelton turbine and an equal number of deflectors 165.
  • the heat transfer fluid is entrained towards the bottom of the tank 155 by gravity, while the high temperature gas, formed by steam, moves towards the top of the enclosure 150.
  • the upper part of the enclosure 150 comprises means 169 for recovering the high temperature steam flow f * separated from the heat transfer fluid FC.
  • the flow f 1 high temperature steam leaves the enclosure by these recovery means 169 and circulates in the rest of the installation as will be described later.
  • the bottom 156 of the tank 155 includes means for recovering 170 the heat transfer fluid, so that it passes into the tank 171 out of the tank 157.
  • These recovery means 170 are for example formed by flow holes made in the bottom 156 of the tank 155 and communicating between the tank 155 and the bottom of the enclosure 150.
  • the recovered heat transfer fluid is used in particular to lubricate at least one bearing with a smooth stop 70 of the hydrodynamic type by means of which the shaft 159 of the drive wheel 158 is rotatably mounted on the bottom 156 of the tank 155.
  • the smooth stop bearing 172 is immersed in the heat transfer fluid recovered by the recovery means 173.
  • Such a bearing 172 makes it possible to rotate the shaft 159 at high speed in a high temperature environment with a long service life, unlike the classic ball bearings.
  • the installation of the bearing 172 inside the enclosure 150 makes it possible to have no leakage problem and to avoid heat carrier leaks which could be dangerous.
  • the converter 1 1 iii comprises two smooth stop bearings 172.
  • a circulation pump 173 of heat transfer fluid FC (oil), for example of the volumetric type, is mounted on the shaft 159 by means of a constant velocity joint 174.
  • This pump is connected to an outlet pipe 175 connecting the inside of the enclosure 150 to the outside and allowing the heat transfer fluid to circulate to the rest of installation 1.
  • the circulation pump 72 is arranged to draw the heat transfer fluid FC from the reservoir 171 and to inject it into the outlet pipe 175.
  • the circulation pump is devoid of a drive motor since its actuation is ensured by the rotation of the shaft 159 of the action wheel 158 driven by the jet injected by the injector 151.
  • the shaft 159 of the action wheel 158 leaves the enclosure 151 by means of a piston 184 arranged to seal between the interior of the enclosure 151 and the outside the enclosure 151, for example a Swedish piston.
  • the shaft 159 rotates the rotor of the alternator 12iv, advantageously of the permanent magnet type.
  • This alternator 12iv makes it possible to transform the kinetic energy of rotation of the shaft 159 into electrical energy.
  • the 12iv alternator is cooled, at its air gap, by a fan 180 mounted on its rotor and by a water circulation pipe, forming the cooling cylinder head 181, which sheaths its stator.
  • the water supplying the cooling cylinder head 181 comes from a water supply source and is brought to the cylinder head by a positive displacement pump 182 actuated by the shaft 159 by means of a reduction gear 183.
  • the pump 108 is without actuating motor.
  • the refrigerating cylinder head 181 is used for cooling the alternator 12iv and for preheating the water, as described above.
  • the flow f ′ of water vapor collected by the recovery means 169 provided in the enclosure 151 of FIG. 5 is cooled by a condenser 45 to be transformed into a flow f ′′ of thermodynamic fluid FT (water) liquid before d 'be recycled.
  • It can be, for example, an air cooler type condenser or an exchanger, the secondary of which is supplied with water at a temperature below 60 ° C. (river, canal, etc.).

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Abstract

L'invention concerne en particulier un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, puis, de préférence, en électricité et/ou en énergie frigorifique. Le perfectionnement recherché consiste notamment en une amélioration du rendement énergétique. Pour ce faire, on met en œuvre au moins un flux f c0de fluide FC au moins en partie liquide; on transfère au flux f c0 de l'énergie thermique à convertir; on pulvérise le flux f c0 chauffé pour générer un flux f c1 fragmenté de fluide FC. En parallèle, on met en œuvre au moins un flux f t0 de fluide FT, généralement au moins en partie liquide; on transfère au flux f t0de fluide FT de l'énergie thermique à convertir pour générer au moins un flux f t qui peut être sous forme liquide ou sous forme d'un mélange liquide/vapeur à saturation dont le titre vapeur peut varier de 0% à 100%, voire sous la forme de vapeur surchauffée; on détend le flux f 1 dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 fragmenté de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t; on convertit alors l'énergie cinétique de ce flux accéléré f c1/t en énergie mécanique; cette dernière étant éventuellement transformée en énergie électrique, voire en énergie frigorifique; on sépare, d'une part, FT et, d'autre part, FC; on récupère, d'une part, un flux f t00 au moins en partie gazeux de FT et, d'autre part, un flux f c0au moins en partie liquide de FC; on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f c0 de FC; on condense le flux f 100 au moins en partie gazeux de FT en un flux f t0 au moins en partie liquide de FT; on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f t00 de FT. L'invention vise également un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONVERSION D'ENERGIE THERMIQUE
Domaine technique
Le domaine de l'invention est celui des technologies de valorisation de la chaleur, en particulier de la chaleur fatale industrielle.
L’invention concerne en particulier un procédé de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, puis, de préférence, en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique.
L'invention vise également un dispositif pour la mise en œuvre de ce procédé.
Etat de l’art - Problème technique
La chaleur fatale est la chaleur résiduelle issue d'un procédé et non utilisé par celui-ci (fumée, buée de séchage, échappement d’un moteur thermique, ...)
Les sources de chaleur fatale sont très diversifiées. Il peut s’agir de sites de production d’énergie (les centrales nucléaires), de sites de production industrielle, de bâtiments tertiaires d’autant plus émetteurs de chaleur qu’ils en sont fortement consommateurs comme les hôpitaux, de réseaux de transport en lieu fermé, ou encore de sites d’élimination comme les unités de traitement thermique de déchets.
Pour ce qui concerne la chaleur fatale industrielle, les secteurs de la sidérurgie, de la chimie, du ciment, de l'agro-alimentaire ou encore du verre, génèrent des quantités énormes de chaleur perdues par dissémination dans l'atmosphère.
À titre d'exemple, 36 % de la consommation de combustible de l'industrie est perdue sous forme de chaleur.
Les gaz d'échappement sont une autre source de chaleur fatale.
La chaleur fatale représente un gisement de l'ordre de 50 % de la consommation mondiale d'énergie, tous domaines confondus.
La directive européenne 2012/27/UE relative à l’efficacité énergétique rend obligatoire pour les émetteurs de chaleur fatale situés à proximité d’un réseau de chaleur, la réalisation d'une analyse coûts-avantages afin d’étudier les possibilités de valorisation de la chaleur fatale. Si la solution est jugée rentable, elle doit être mise en œuvre. De même, tout projet de réseau de chaleur doit également évaluer les différents potentiels de récupération de chaleur fatale.
Dans ce contexte, la demande de brevet W02012089940A2 décrit un dispositif de conversion d'une énergie thermique en une énergie mécanique comportant :
- une ligne d'approvisionnement en premier fluide,
- une ligne d'approvisionnement en fluide caloporteur,
- un générateur de vapeur muni :
o d'une première entrée connectée à la ligne d'approvisionnement du premier fluide, le premier fluide empruntant un premier chemin entre la première entrée et une première sortie,
o d'une deuxième entrée recevant le fluide caloporteur, le fluide caloporteur empruntant un deuxième chemin entre la deuxième entrée et une deuxième sortie, le deuxième chemin étant distinct du premier chemin, le premier chemin étant couplé thermiquement au deuxième chemin, de manière à former de la vapeur à partir du premier fluide, ladite vapeur sortant du générateur par la première sortie,
- une chambre munie :
o d'une première entrée connectée à la première sortie du générateur de vapeur, le premier fluide empruntant un premier chemin dans la chambre entre la première entrée et une première sortie, la chambre étant configurée pour réaliser la détente isotherme du premier fluide dans la chambre au moyen une détente fractionnée par une pluralité de détentes élémentaires isothermes,
o d'une deuxième entrée connectée à la ligne d'approvisionnement en fluide caloporteur, le fluide caloporteur empruntant un deuxième chemin distinct du premier chemin entre la deuxième entrée et une deuxième sortie, la deuxième sortie de la chambre étant connecté à la deuxième entrée du générateur de vapeur,
Le premier chemin étant couplé thermiquement au deuxième chemin de manière à chauffer le premier fluide entre chaque détente,
- un dispositif de mélange connecté à la première sortie de la chambre et à la deuxième sortie du générateur de vapeur et configuré de manière à mélanger le premier fluide sous forme vapeur avec un fluide caloporteur pour obtenir un mélange double phase.
Le fluide caloporteur est chauffé des moyens de captation d'énergie solaire.
Le fluide caloporteur est par exemple de l'huile tandis que le premier fluide est un flux thermodynamique, par exemple de l'eau ou un mélange eau/glycérol. Ce mélange double phase est un flux de fluide caloporteur sous forme de gouttelettes d'huile et de fluide thermodynamique sous forme de vapeur d'eau, à haute température. L'énergie cinétique de ce flux est transformée en énergie mécanique au moyen d'une turbine du type turbine Pelton, entraînant un alternateur électrique. On récupère le mélange huile/eau en sortie turbine et on sépare les 2 fluides, qui sont ensuite réutilisés dans cette conversion énergétique de chaleur en énergie mécanique puis en électricité.
Dans ce procédé et ce dispositif selon W02012089940A2, le fluide caloporteur est chauffé par un concentrateur solaire et concourt ensuite à la transformation en vapeur du fluide thermodynamique puis au réchauffement du fluide thermodynamique entre chaque détente. Ce procédé et ce dispositif selon W02012089940A2 ne sont pas spécifiquement adaptés à la transformation en énergie électrique de l'énergie thermique provenant de chaleur fatale, laquelle peut avoir une large plage de température. Par ailleurs, les performances de ce procédé et de ce dispositif connus peuvent être améliorées notamment en termes de rendement énergétique et d'extension de la gamme des puissances électriques générées.
Objectifs de l'invention
Dans ce contexte, la présente invention vise à satisfaire à au moins l'un des objectifs énoncés ci-après.
^L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, le perfectionnement recherché consistant en une amélioration du rendement énergétique de la conversion.
L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique provenant d'une source de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, le perfectionnement recherché consistant en une adaptabilité du procédé à des sources de chaleur fatale dont la température varie dans une large gamme .
L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, qui soit économique en termes de production et de maintenance.
L'un des objectifs essentiels de la présente invention de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, qui soit en adéquation avec les contraintes environnementales.
^L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un dispositif industriel, fiable, performant, économique et robuste, pour la mise en œuvre du procédé tel que visé dans l'un des objectifs ci-dessus.
Brève description de l'invention
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne, en premier lieu, un procédé de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, contenue dans un fluide au moins en partie gazeux dit fluide fatal (FF), en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
ledit procédé mettant en œuvre au moins un fluide thermodynamique FT et au moins un fluide caloporteur FC, dans lequel :
I. on met en œuvre un flux f c0 de fluide FC au moins en partie liquide;
II. on transfère au flux f c0 de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF;
III. on pulvérise le flux f c0 chauffé en (II) pour générer un flux f c1 fragmenté de fluide FC;
IV. en parallèle, on met en œuvre un flux f to de fluide FT au moins en partie liquide;
V. puis on transfère au flux f t0 de fluide FT de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF, pour générer un flux f1, dont la température est supérieure à celle du flux f10, le fluide FT du flux f* étant:
i. en phase liquide;
ii. en phase liquide et en phase vapeur;
iii. en phase vapeur à saturation;
iv. ou en phase vapeur surchauffée ;
VI. au besoin, on chauffe le flux f‘, pour le vaporiser de sorte que son titre en vapeur soit supérieur ou égal à 0,9; de préférence à 0,95;
VII. on injecte le flux f‘ dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t; le rapport Rd du débit massique du fluide FT sur le débit massique total du fluide FC et du fluide FT, étant compris entre 1 et 20%, de préférence entre 3 et 18%, et, plus préférentiellement encore entre 5 et 15 %;
VIII. ce flux f c1/t est ensuite accéléré et détendu; IX. on convertit l'énergie cinétique de ce flux accéléré f c1,t en énergie mécanique; cette dernière étant éventuellement transformée en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
X. on sépare, d'une part, FT et, d'autre part, FC ;
XI. on récupère, d'une part, un flux f t0° au moins en partie gazeux de FT et, d'autre part, un flux f c0 au moins en partie liquide de FC ;
XII. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f c0 de FC;
XIII. on condense le flux f 100 au moins en partie gazeux de FT en un flux f t0 au moins en partie liquide de FT;
XIV. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f tode FT;
caractérisé
en ce que ce procédé comprend la mise en oeuvre d'au moins une boucle de circulation de FT et d'au moins une boucle de circulation de FC;
ces deux boucles ayant en commun:
i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux f c0 et le flux f‘ sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique;
iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
- la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
- la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
Il est du mérite des inventeurs d'avoir imaginé de mettre en oeuvre deux boucles fluides : une de fluide caloporteur et une de fluide thermodynamique, chacune de ces boucles comportant des moyens de mise en circulation du fluide et des moyens de récupération de la chaleur fatale par échange thermique entre le fluide fatal et le fluide caloporteur dans l'une des boucles, ou le fluide thermodynamique dans l'autre boucle.
Cela fait du procédé selon l'invention une technique de conversion thermocinétique qui soit économique, fiable, performante, éco-compatible et à rendement amélioré.
Cette amélioration de l’efficacité de la transformation de la chaleur fatale et énergie mécanique, et préférentiellement en énergie électrique ou froid, est premièrement obtenue par une maximisation de la récupération de l’énergie fatale disponible par le réchauffage par échangeurs sur le flux de chaleur fatale d’un fluide caloporteur FC captant les hautes températures, complété par le réchauffage d’un fluide thermodynamique FT afin de capter les températures inférieures. Ce dispositif à deux fluides permet d’épuiser la quasi-totalité de l’énergie thermique valorisable.
Ce système jouit en effet d'un faible coût d'investissement et de maintenance.
Sa simplicité, sa robustesse, son caractère relativement silencieux, sa facilité d'implantation et de mise en oeuvre, son fonctionnement à très faible pression (1-10 bars), sa sécurité, son respect de l'environnement (pas de pression dans les capacités, pas de fluide organique), sa flexibilité (diversité des sources de chaleur), sa modularité (plusieurs jets sur une même turbine), son pourcentage important de chaleur fatale valorisée grâce aux 2 fluides, le fait qu'ils produisent une source froide de l'ordre de 80°C permettant une valorisation complémentaire, son coût d'installation réduit, sa rentabilité financière, sont des atouts parmi d'autres du système selon l'invention.
Cette optimisation de la quantité de chaleur fatale captée est complétée par une optimisation du dispositif IMA (Injecteur-Mélangeur-Accélérateur) de transformation de l’énergie thermique en énergie cinétique, obtenue par un ratio adapté de proportion entre le fluide thermodynamique FT et le fluide caloporteur FC, éventuellement complété par une accélération du fluide thermodynamique FT en amont de son mélange avec le fluide caloporteur FC. Ainsi, dans son principe inventif, le procédé comprend pour la mise en œuvre de l'étape VII, le choix d'un rapport Rd du débit massique du fluide FT sur le débit massique total du fluide FC et du fluide FT, est compris entre 1 et 20%, de préférence entre 3 et 18%, et, plus préférentiellement encore entre 5 et 15 %.
Conformément à l'invention, l'énergie thermique à convertir est contenue dans un fluide fatal FF, dont une partie des calories est transférée tout d'abord vers FC (étape II), et dont une autre partie des calories est ensuite transférée vers FT pour son réchauffement et, de préférence, pour sa vaporisation (étapes V et VI).
Selon une modalité intéressante de l'invention, la température de FF à la sortie des échangeurs de chauffage de FC et FT peut être avantageusement adaptée, avant que FF ne soit évacué à l'extérieur.
En effet, quand FF est chargé en particules solides, FF est évacué à l'extérieur, de préférence, après avoir été soumis à un traitement d'extraction de ces particules solides par filtration, ce qui impose une température maximale de FF, afin de ne pas dégrader les filtres (typiquement <200 °C).
Grâce à l'utilisation de 2 fluides FT et FC chauffés directement par le fluide fatal FF, la température finale du FF est adaptée aux contraintes de filtration, s'il y a lieu, avant son évacuation à l'extérieur et/ou aux contraintes de corrosion, car il est possible de dimensionner de façon optimale les échangeurs thermiques mis en œuvre dans ce procédé, et en particulier la température de FF à la sortie de l’échangeur FF/FT pour le chauffage de FT.
Selon une possibilité intéressante de l'invention, la température du fluide FF à l'issue des étapes II, V voire VI, est comprise entre 100 et 200 °C et plus préférentiellement encore, entre 180 °C et 200°C.
Ces valeurs de température pour FF au cours du procédé, augmente la compatibilité de ce dernier avec une grande multiplicité de processus industriels générant de la chaleur fatale.
Avantageusement, lors l'étape VII, l'injection du flux f* du fluide thermodynamique FT dans une enceinte d'injection de GIMA se fait à une vitesse comprise entre 40 et 300 m/s, de préférence entre 50 et 150 m/s et, plus préférentiellement encore, entre 60 et 100 m/s.
Lors l'étape VIII, le flux f* est préférablement accéléré et détendu dans au moins une chambre de profil adapté, de préférence dans une tuyère.
Dans une variante remarquable, avant l'étape VIII , le flux f* est soumis, lors d'au moins une étape (VIN0) de pré-accélération par détente, de préférence quasi-isotherme ou polytropique, du flux f1, dans au moins une chambre de profil adapté, de préférence dans une tuyère; cette étape (VIN0) étant avantageusement mise en œuvre dans la même chambre de profil adapté que celle de l'étape (VIII).
Selon une autre disposition innovante du procédé conforme à l'invention, FT est un liquide aqueux, de préférence choisi dans le groupe comprenant -idéalement constitué par- l'eau, le glycérol et leurs mélanges. En outre, FC est choisi parmi les huiles végétales ou minérales, de préférence parmi les huiles non miscibles à l'eau et/ou ayant une température d’apparition d’un vernissage supérieure ou égale à 200°C, de préférence à 300°C, et, plus préférentiellement encore parmi les huiles végétales; FC étant idéalement choisi dans le groupe comprenant -idéalement composé de- : l'huile de ricin et/ou l’huile d’olive.
Suivant une caractéristique préférée de l'invention, le fluide fatal FF présente initialement une température supérieure ou égale à 200 °C et préférentiellement supérieure ou égale à 300 °C, et/ou est choisi parmi les fluides gazeux et, plus préférentiellement encore, dans le groupe comprenant - idéalement composé de-: l’air chaud, les vapeurs d’eau, les gaz d'échappement de moteurs, les fumées, en particulier les fumées industrielles, les chaleurs de flamme et les chaleurs de séchoirs, ou parmi les fluides liquides ( e.g . comme c'est le cas dans les installations solaires à concentration).
Cela concerne en particulier les incinérateurs de déchets, les installations de production de chaleur à partir de la biomasse, les industries telles que les aciéries, les cimenteries, les verreries, ainsi que les moteurs thermiques notamment de groupe électrogène.
Le procédé selon invention se singularise en ce qu'il met en œuvre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
C1. la pression de service Pf c0 (en bars) du flux f cQ avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f c0 de FC à l'étape XII, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- :
3 < Pf c0 < 30 ; 5 < Pf c0 < 25 ; 10 < Pf c0 < 15
C2. la pression de service Pf 1 (en bars) du flux f* avant l’injection lors de l'étape VII et après la compression du flux f t0° de FC à l'étape XIV, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- :
3 < Pf‘ < 30 ; 5 < Pf * < 25 ; 10 < Pf * < 15
C3. Pf c0 et Pf ' sont identiques ou différentes, de préférence identiques;
C4. La pression Pf c1/* du flux f c1,t après l'étape IX de conversion de l'énergie cinétique en énergie mécanique, en bars et dans un ordre croissant de préférence, est telle : pf c-i/i < 2 ; 0,3 < Pf c1/t < 1 ,5 ; de l'ordre de 1 bar (pression atmosphérique).
Avantageusement, la taille des gouttelettes de FC composant le flux fragmenté généré à l'étape (III) est comprise entre 100 et 600 pm, de préférence entre 200 et 400 pm.
Dans une variante performante de l'invention, on fait en sorte que la détente du flux f* dans l'enceinte de GIMA recevant également le flux f1 fragmenté de fluide FC, engendre un effet d’accélération (parfois appelé effet de trompe) provoqué par un flux moteur à savoir le flux f * de FT, sur un flux aspiré à savoir le flux fc1 de FC. Dans un autre de ses aspects, la présente invention a pour objet un dispositif simple et efficace, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une boucle de circulation de FT et au moins une boucle de circulation de FC,
ces deux boucles ayant en commun:
i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux f c0 et le flux f‘ sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique;
iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
- la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
- la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
De préférence, GIMA comprend au moins un mélangeur à buses du flux f c0 fragmenté et du flux f ' sous forme de vapeur.
Pour augmenter encore l'énergie cinétique du flux producteur de mouvement mécanique, GIMA comprend avantageusement au moins une tuyère d'accélération connectée à la sortie du ou des mélangeurs.
De préférence, le convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique, est constitué par au moins une turbine, de préférence une turbine à action.
Sur une caractéristique intéressante de l'invention:
-> le transformateur de l'énergie mécanique en énergie électrique, est constitué par au moins un alternateur et/ou au moins une génératrice,
ou le transformateur de l’énergie mécanique en énergie frigorifique est constitué par au moins une machine frigorifique comprenant au moins un compresseur comportant au moins un arbre susceptible d'être entraîné en rotation par une source d'énergie mécanique.
Par exemple, ce transformateur de l’énergie mécanique en énergie frigorifique est constitué par au moins un entrainement direct de l’arbre du compresseur de la machine frigorifique.
Dans un mode de réalisation, le mélangeur est un mélangeur à buses qui comprend:
• au moins un fragmenteur du flux f° sous forme de gouttelettes, ledit fragmenteur comportant au moins une buse, préférentiellement plusieurs afin de minimiser les pertes de charge sur le flux f°°;
• au moins une chambre de mélange du flux f°0 après fragmentation et du flux f* sous forme d’eau et/ou de vapeur, cette chambre de mélange convergeant dans le sens des flux FT et FC;
• au moins un conduit d'admission de FT dans la chambre de mélange ;
• au moins une canalisation d'admission de FC dans la chambre de mélange; la chambre de mélange comportant une sortie disposée à son point de convergence, cette sortie débouchant dans au moins un conduit d'accélération;
le conduit d'admission de FT comprenant un segment interne et axial par rapport à la chambre de mélange, ce segment interne et axial étant muni d'au moins une buse terminale d'éjection de FT, qui comporte un orifice de sortie de FT disposé au voisinage de la partie d'extrémité de plus petite dimension de la chambre de mélange convergente ;
la canalisation d'admission de FC communiquant avec une pluralité de buses d'éjection de FC qui sont réparties sur le pourtour du segment interne et axial d'admission de FT, et qui comporte des orifices de sortie de FC en amont de l'orifice de sortie de FT;
le segment interne et axial du conduit d'admission de FT étant de préférence équipé d'un organe d'accélération, avantageusement formé par un venturi.
Définitions
Dans tout le présent exposé, tout singulier désigne indifféremment un singulier ou un pluriel.
Les définitions données ci-après à titre d'exemples, peuvent servir à l'interprétation du présent exposé :
• "fluide" : corps liquide et/ou gazeux
• " fluide fatal FF' : fluide porteur de la chaleur fatale destinée à être convertie en énergie mécanique
• "fluide thermodynamique FT" : fluide au moins en partie vaporisable au moyen des calories de l'énergie thermique à convertir et provenant du fluide fatal FF
• "vapeur " : état gazeux du fluide
• "fluide caloporteur FC" : fluide liquide apte à absorber les calories de l'énergie thermique à convertir et provenant du fluide fatal FF, sans passer entièrement à l'état gazeux ;
• "environ" ou "sensiblement" signifie à plus ou moins 10 % près, voire plus ou moins 5% près, rapporté à l'unité de mesure utilisée;
• "compris entre Z1 et Z2" signifie que l'une et/ou l'autre des bornes Z1 , Z2 est incluse ou non dans l'intervalle [Z1 , Z2] ;
• « non miscible à l’eau » s’entend dans les conditions de température et de pression qui sont celles du procédé selon l’invention.
• La « température d’apparition d’un vernissage » est la température à partir de laquelle on a un changement des caractéristiques de viscosité de l’huile, en particulier une augmentation marquée de la viscosité.
Description détaillée de l'invention
Cette description est faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 est un schéma synoptique du système selon invention qui comprend le procédé avec ses modalités opératoires et le dispositif avec ses éléments constitutifs. La figure 2A est un schéma du système selon invention faisant apparaître les flux de fluide thermodynamique FT et de fluide caloporteur FC à différents endroits du dispositif et à différents moments du procédé.
La figure 2B est un diagramme d'entropie de la température T du fluide thermodynamique FT en fonction de l'entropie S, correspondant au système de la figure 2 A.
La figure 3A est un schéma d'une variante double détente du système selon invention faisant apparaître les flux de fluide thermodynamique FT et de fluide caloporteur FC à différents endroits du dispositif et à différents moments du procédé.
La figure 3B est un diagramme d'entropie de la température T du fluide thermodynamique FT en fonction de l'entropie S, correspondant au système de la figure 3A.
La figure 4 est une vue en coupe de l'injecteur-mélangeur-accélérateur (IMA) selon un premier mode de réalisation.
La figure 5 est une vue schématique en coupe partielle de la turbine et de l'alternateur du dispositif montré sur les figures 1 & 2A.
PROCEDE
Mode préféré de_ mise en œuvre. du_ procédé selon .invention
La figure 1 annexée illustre schématiquement le principe et les moyens du système selon invention de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique puis électrique.
Le pavé -1- symbolise une source de chaleur fatale contenue dans un fluide fatal (FF). Il peut s'agir par exemple d'un procédé industriel émetteur de fumées (FF).
FF (température T°) est acheminé par une canalisation 2° au travers d'un premier échangeur 3i, puis par une canalisation 21 (FF à une température T1), au travers d'un 2e échangeur 4i en série avec l'échangeur 3i. Au sortir de l'échangeur 4i, FF (température T2) est amené via une canalisation 22, dans une installation de traitement des fumées FF, symbolisé par le pavé 5. Ce traitement est, par exemple, une filtration effectuée au moyen d'un filtre à manches.
FF débarrassé d'au moins une partie des éléments solides, est évacué par la canalisation 23 jusqu'à une cheminée 6 qui libère FF dans l'air ambiant.
Le dispositif symbolisé sur la figure 1 comporte par ailleurs un injecteur-mélangeur-accélérateur (IMA) 10ii produisant un flux double phase mélangé et accéléré f c1/t, un convertisseur 1 1 iii de l'énergie cinétique du flux double phase mélangé et accéléré f c1/t , en énergie mécanique, et un transformateur 12iv de cette énergie mécanique en énergie électrique. Le convertisseur 1 1 iii est par exemple une turbine à action de type Pelton et le transformateur 12iv, une génératrice électrique.
Suivant l'invention, il est prévu une boucle de circulation de fluide FC et une boucle de circulation de fluide FT. La boucle FC comprend :
l'échangeur thermique 3i;
une canalisation 31 d'alimentation de FC dans l'échangeur 3i;
un serpentin 32, siège du transfert de calories de FF vers FC ( à titre d'alternative au serpentin, il est possible de mettre en œuvre un échangeur fonctionnant selon une autre technologie, par exemple : tube de fumée, plaques...) ;
une canalisation 33 de transfert de FC de l'échangeur 3i vers IΊMA 10ii;
- GIMA 10ii;
la turbine 1 1 iii;
la génératrice 12iv;
un séparateur de FC et de FT comprenant une capacité 13v et disposé en sortie de turbine 11 iii une canalisation 34 de récupération/recyclage de FC, connectée à la capacité de séparation 13v; une pompe 35 de mise en circulation de FC,
cette pompe 35 étant reliée, d'une part, à la capacité de séparation13v par la canalisation 34, et, d'autre part, à l'échangeur 3i, par la canalisation 31.
La boucle FT comprend :
l'échangeur thermique 4i;
une canalisation 41 d'alimentation de FT dans l'échangeur 4i;
un serpentin 42, siège du transfert de calories de FF vers FC ( à titre d'alternative au serpentin, il est possible de mettre en œuvre un échangeur fonctionnant selon une autre technologie, par exemple : tube de fumée, plaques...) ;
siège du transfert de calories de FF vers FT ;
une canalisation 43 de transfert de FT de l'échangeur 4i vers IΊMA 10ii;
- GIMA 10ii;
la turbine 1 1 iii;
la génératrice 12iv;
un séparateur 13v de FC et de FT, en sortie de turbine 1 1 iii
une canalisation 44 de récupération/recyclage de FT vapeur, connectée au séparateur 13v; un condenseur 45 de FT;
une canalisation 46 de recueil de FT liquide à la sortie du condensateur 45;
une pompe 47 de mise en circulation de FT,
cette pompe 47 étant reliée, d'une part, au condenseur 45 par la canalisation 46, et, d'autre part, à l'échangeur 4i, par la canalisation 41.
FT est avantageusement sélectionné dans le groupe comprenant : l'eau, le glycérol, et leurs mélanges.
FC est avantageusement sélectionné parmi les huiles végétales ou minérales, non miscibles avec l’eau, par exemple l'huile de ricin et/ou l’huile d'olive.
Le fluide fatal FF est constitué e.g. par des fumées. Dans les figures 2A&2B, FT est, par exemple, de l'eau repérée par les références e1 à e6, FC est, par exemple, de l’huile de ricin, repérée par les références h1 à h3, et les fumées FF sont repérées par les références f1 à f3.
Comme montré sur les figures 2A&2B, dans la boucle FC, un flux liquide f0 d'huile h1 , à la température Th1 , par exemple comprise entre 200 et 350°C, et à une pression Ph1 , chemine dans la canalisation 34, grâce à la pompe à huile 35 de mise en circulation de f°° , puis un flux liquide fc0 d'huile h2 à une pression Ph2 supérieure à Ph1 , parvient à l'entrée huile de l'échangeur thermique 3i fumées f1/huile h2, par la canalisation 31.
Les fumées f1 pénètrent dans l'échangeur via une autre entrée, et, de préférence, à contre-courant du flux liquide fc0.
La pression de service Pf c0 (en bars) du flux f c0 avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f c0 de FC à l'étape XII, est par exemple comprise entre 10 et 20 bars.
Le flux f c0 d'huile h3 chauffé dans l'étape (II) est recueilli en sortie d'échangeur 3i par la canalisation 33, à la température Th3 > Th1 & Th2, par exemple comprise entre 200 et 350°C, puis pénètre dans l'IMA 10ii. La vitesse V du flux f c0 est, par exemple, comprise entre 10 et 20 m/s.
L'IMA 10ii comprend un fragmenteur qui transforme ce flux liquide f°° d'huile h3 en brouillard de gouttelettes h3. La taille de ces gouttelettes est par exemple comprise entre 200 et 400 pm.
Comme montré sur les figures 2A&2B, dans la boucle FT, un flux liquide ft0 d'eau e1 , à une température inférieure à celle de condensation Tecond, chemine dans la canalisation 46, grâce à la pompe à eau 47 de mise en circulation de ft0 , puis un flux liquide ft0 d'eau e2, à une température Te2, par exemple comprise entre 40 et 80 °C, inférieure à Tecond, parvient à l'entrée eau de l'échangeur thermique 4i fumées f2/eau e2, par la canalisation 41.
Les fumées f2 en provenance de l'échangeur thermique 3i fumées f1/huile h2, pénètrent dans l'échangeur 4i via une autre entrée, et, de préférence, à contre-courant du flux liquide ft0.
La pression de service Pf‘ (en bars) du flux f‘avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f t0° de FC à l'étape XIV est par exemple identique à Pf c0 et comprise entre 10 et 20 bars.
Le flux f * d'eau e3 chauffé dans l'étape (V) et au moins en partie constitué de vapeur, est recueilli en sortie d'échangeur 4i par la canalisation 43, à la température Te3> Tel & Te2, par exemple comprise entre 180 et 250°C, puis pénètre dans l'IMA 10ii.
Te3 correspond avantageusement à la température d'évaporation Tevap du FT, en l'occurrence de l'eau.
La vitesse V du flux f‘ de vapeur est, par exemple, comprise entre 60 et 100 m/s.
L'étape éventuelle (VI) de chauffage du flux f‘ d'eau e3 flux f‘, pour le vaporiser de sorte que son titre en vapeur soit supérieur ou égal à 0,9; de préférence à 0,95, est réalisée par un dimensionnement adapté de l’échangeur 4i.
La partie commune aux boucles FT et FC qui comprend les éléments du dispositif IMA 10ii, turbine 11 iii, alternateur 12iv et séparateur 13v, est ensuite le siège:
• de l'étape (III) de pulvérisation du flux f c0 chauffé dans l'étape (II) pour générer un flux f c1 fragmenté de gouttelettes de fluide FC, en l'occurrence huile; • de l'étape (VII) d'injection du flux f* dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t e3m;
• de l'étape (VIII) d'accélération et de détente du flux f c1/t mélangé biphasique e3m.
Cette accélération augmente la vitesse du flux f c1 mélangé au flux f‘, de 10 à 20 m/s, à une vitesse Vf c1/t supérieure ou égale à 100 m/s, par exemple comprise entre 120 et 140 m/s. Ce flux f c1/t mélangé biphasique e3m, devient le flux f c1/t mélangé biphasique accéléré e4.
Lors de l'étape (VII) pour former un flux mélangé biphasique f c1/t , on règle les débits massiques des fluides FT et FC de telle sorte que le rapport Rd= débit massique de FT/å débits massiques de FT & FC = 1 à 20%, par exemple 10 %.
La figure 2B qui représente le cycle décrit par le flux f‘ de vapeur e3 entre la source chaude et la source froide dans l'espace T température et S entropie, montre que la détente de l'étape (VII), est une détente isotherme jusqu'au mélange du flux f * de vapeur et du flux f c1 fragmenté, qui induit une détente quasi- isotherme jusqu'au flux f c1/t e3m.
Cela correspond à l'étape (VIII) d'accélération et de détente du flux mélangé biphasique f c1,t.
Cela suppose de faire en sorte par le dimensionnement des échangeurs 3i & 4i que Th3 soit > à Te3.
L'accélération subie par le flux f c1/t e3m dans IΊMA 10ii produit un flux accéléré f c1 t e4, qui est projeté sur les aubes de la turbine 11 iii, par exemple de type Pelton 9, utile comme convertisseur de l'énergie cinétique en une énergie mécanique de rotation transmise à l'alternateur 12iv qui produit de l'énergie électrique, tout ceci dans le cadre de l'étape (IX).
Avant la séparation de l'étape (X), le flux f c1/t e4 devenu e5 et libéré d'une grande partie de son énergie cinétique, est caractérisé par une pression pf c1/t environ égale ou égale à la pression atmosphérique.
Après la séparation de l'étape (X), le flux f c1/t e5 se divise en un flux f t10° e6 et en un flux f0 h1. f c1,t et f t10° sont récupérés séparément selon l'étape (XI).
La figure 2B montre que les températures Te3m, Te4,Te4, Te5 et Te6 sont égales entre elles et sont supérieures à la température Tevap =Te3.
Dans l'étape (XII), on comprime et on augmente la vitesse de circulation de f0.
Le flux f t0° de vapeur d'eau e6 voit sa température chuter pour atteindre la température Tel du flux f t0 au moins en partie d'eau liquide e1 , lors de l'étape de condensation selon l'étape (XIII).
Dans l'étape (XIV), on comprime et on augmente la vitesse de circulation de ft0. utre_ Variante_de c_e_ mode préféré de mjse en çeuyre du rocédé sel_on_ invention
Suivant une possibilité intéressante de l'invention, on fait en sorte que la détente du flux f * dans l'enceinte recevant également le flux f c1 de brouillard de fluide FC, engendre un effet de trompe provoqué par un flux moteur à savoir le flux f ' de FT, sur un flux aspiré à savoir le flux f c1 de FC. Cet effet de trompe est déterminé par la configuration de l'enceinte de mélange de IΊMA 10ii.
Des exemples de réalisation d'une telle configuration sont donnés ci-après.
Varian te . "double détente de ce mode. préféré de. mise en œuvre. du. procédé. selon .invention
Il s'agit dans cette variante d'exécuter une étape (VIII0) de pré-accélération du flux f‘ par détente, de préférence polytropique, du flux f
La figure 3A montre le schéma du système selon cette variante "double détente".
Cela correspond au schéma du système selon le mode préféré de réalisation montrée à la figure 2A, à la différence près, que le flux f ' de vapeur d'eau e3 est introduite, via la canalisation 43.1 reliée à la sortie de l'échangeur 4i, dans un accélérateur 14 de vapeur seule, dans lequel ce flux f * est soumis à une détente, de préférence polytropique, qui fait chuter la température de Tevap = Te3 par exemple comprise entre 210 et 230°C, jusqu'à une température Te3i > Tevap = Te3 ,par exemple comprise entre 180 et 205 °C.(Voir figure 3B).
Le flux f‘ de vapeur d'eau e3i est ensuite admis, par l'intermédiaire de la canalisation 43.2, dans GIMA 10ii.
Le reste du système selon cette variante "double détente" correspond à la description faite pour le système selon le mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon invention.
DISPOSITIF
Dans un autre de ses aspects, la présente invention concerne un dispositif notamment pour la mise en œuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comprend :
Échangeur thermique 3i
Il s'agit par exemple d'un échangeur fumées/huile tubulaire (à contre-courant).
Échangeur thermique 4[
Il s'agit par exemple d'un échangeur fumées/eau à plaques (à contre-courant).
Accélérateur 14. de. vapeur seule
Il s'agit par exemple d’une tuyère de détente dont le profil est optimisé pour accélérer la vitesse du flux de vapeur de FT.
IM A 10H
De préférence, le (ou les) mélangeur(s) 10M compris dans l'IMA 10ii peu(ven)t être un(des) mélangeur(s) dans le(s)quel(s) le fragmenteur est un fragmenteur à buses et/ou tout autre dispositif connu en soi comprenant un fragmenteur adapté.
De préférence, le (ou les) accélérateur(s) 10A compris dans l'IMA 10ii peu(ven)t être une (des) tuyère(s) d'accélération dimensionnées pour être soniques au col (Vitesse du fluide = vitesse du son dans le milieu). MQ.de. de_réa]isatjon avec un.méLangeur. à_buses
Comme montré sur la figure 4, le mélangeur à buses comprend de préférence:
• au moins une chambre 50 de mélange du flux f c0 sous forme de brouillard et du flux f 1 sous forme de vapeur ou de mélange vapeur/eau, cette chambre de mélange 50 convergeant dans le sens des flux f* et fc1 ;
• au moins un conduit 51 d'admission du flux f* de FT dans la chambre 50 de mélange ;
• au moins une canalisation 52 d'admission de FC dans la chambre 50 de mélange;
La chambre 50 de mélange a dans cet exemple de réalisation une forme générale d'ogive, pourvue d'une paroi amont 53, d'une paroi longitudinale 54, et d'une partie terminale aval 55 de convergence. La paroi amont 53 est reliée au conduit 51 d'admission de FT à l'intérieur de la chambre 50 de mélange. Un porte- tuyère 56 connecte le conduit d'admission 51 à une tuyère 57 terminale d'éjection du flux f* de vapeur e3i dans l'enceinte 58 de la chambre de mélange 50. Le porte-tuyère 56 comprend dans sa partie terminale une tuyère 57 permettant de réaliser l'étape (VI II) d'accélération et de détente du flux f *, de préférence quasi isotherme ou par défaut polytropique, du flux f ‘ de vapeur e3 (figure 3A) de manière à obtenir le flux f ' de vapeur e3i éjecté.
Le porte-tuyère 56 est un segment interne et axial par rapport à la chambre de mélange. La tuyère 57 terminale d'éjection de FT comporte un orifice de sortie 57s du flux f‘ de vapeur e3, disposé au voisinage de la partie d'extrémité de plus petite dimension de la chambre 50 ogivale convergente.
La canalisation 52 d'admission du flux f°° de FC dans la chambre 50 de mélange s'étend dans une direction orthogonale par rapport au conduit 51 d'admission du flux f* de FT. Cette canalisation de 52 débouche dans une pré-chambre 60 circulaire située dans la partie amont de la chambre 50 en ogive. Cette pré chambre 60 distribue le flux ° de FC un ensemble de buses 61 ,62 périphériques réparties de manière homogène autour du porte-tuyère 56, selon 2 niveaux, un niveau amont central : buses 62 et un niveau aval périphérique : buses 61. Ces buses 61 ,62 dont les orifices de sortie de FC sont en amont de l'orifice de sortie 57s du flux f ‘ de FT, produisent le brouillard de gouttelettes de FC (flux f1) dans l'enceinte 58 de la chambre 50 de mélange.
La partie terminale aval 55 de convergence de la chambre 50 de mélange est solidarisée à la paroi longitudinale 54 de cette chambre 50 de mélange, au moyen d'un système amont de brides et de boulons désignés par la référence générale 63 sur la figure 4. Un joint 64 circulaire d'étanchéité est disposé entre cette partie terminale aval 55 et la paroi longitudinale 54. Un autre système aval 66 de brides et de boulons permet la solidarisation de la partie terminale aval 55 de la chambre en ogive 50 à un conduit d'accélération 67. Ce dernier est constitué par une tuyère (dont seule la partie amont et représentée sur la figure 4), recueille le flux mélangé biphasique f c1/t (référencé e3m sur la figure 3A) pour lui faire subir une accélération.
Les buses 61 et 62, qui sont par exemple et en l'occurrence celles qui comportent une partie d'extrémité en forme hélicoïdale (« tire-bouchon »).
Le porte tuyère 56 avec un rétreint amont 59, de même que la tuyère d'accélération 67 sont également des pièces connues en elle-même et appropriées à l'exercice de la fonction accélération de fluide vapeur ou biphasique vapeur/huile. Sur une caractéristique remarquable de l'invention, l'extrémité de l'orifice de sortie 57s de la tuyère 57 terminale d'éjection est placée à une distance d de la partie terminale amont de l'entrée du conduit d'accélération 67 de diamètre D, telle que : D £ d £ 3D, de préférence, 1 ,5D < d < 2,5D.
Sur une autre caractéristique remarquable de l'invention, la structure convergente ogivale de la chambre de mélange 50, le positionnement relatif de la tuyère 57 en aval des buses 61/62 permet de générer un effet de trompe par lequel le flux f * de FT est un fluide moteur qui entraîne le fluide aspiré constitué par le brouillard de gouttelettes de fluide FC (huile) flux f
Cet effet de trompe permet de réduire la pression en sortie de la pompe 35 du fluide FC et donc de réduire la puissance consommée.
GQnvertisseur énergie çinétique/énergie méçanigue l liii
Il s'agit par exemple d'une turbine de type Pelton, telle que celle décrite dans la demande de brevet PCT W02012/089940A2, en particulier sur les figures de 3 et 4 et dans les parties correspondantes de la description.
Cet exemple de convertisseur d'énergie cinétique 1 1 iii est décrit à nouveau ci-après en référence à la figure 5.
Le convertisseur d'énergie cinétique 1 1 iii comprend une enceinte calorifugée 150 formée de deux demi- coques 152 bombées de forme elliptique avantageusement soudées sur deux brides 154. La soudure des deux demi-coques 152 forme une enceinte 150 étanche d'axe B sensiblement vertical et perpendiculaire à l'axe A de l'injecteur 151. Le fond de l'enceinte 150 forme par exemple le réservoir de fluide caloporteur FC (huile) où celui-ci est récolté après son passage dans le convertisseur 1 1 iii, comme cela sera décrit ultérieurement.
Une cuve 155 est disposée à l'intérieur de l'enceinte 150. Cette cuve 155 est formée d'un fond 156 de forme sensiblement tronconique ou en forme d'entonnoir et d'une paroi 157 de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir du fond 156, le fond 156 et la paroi 157 s'étendant selon l'axe B. Une roue à action 158 cylindrique est montée en rotation sur la cuve 155 par l'intermédiaire d'un arbre 159 s'étendant selon l'axe B sensiblement vertical. La roue à action 158 est disposée en regard de l'injecteur 20 de sorte que le jet injecté par celui-ci entraîne la roue à action 158 et l'arbre 159 en rotation de sorte à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation de l'arbre 159. La roue à action 158 est disposée dans l'enceinte 150.
La roue à action 158 comprennent une pluralité d'aubes 160 s'étendant sensiblement radialement et présentant une forme concave. La concavité 161 des aubes 160 est tournée vers l'injecteur 151 de sorte que le jet injecté provenant de l'injecteur atteint lesdites concavités 161 et entraîne la rotation de la roue 158. La concavité des aubes 160 présente une forme asymétrique par rapport à un axe C passant par le fond 162 des concavités et sensiblement perpendiculaire à ces concavités, c'est-à-dire sensiblement parallèle à l'axe A situé au-dessus de l'axe C. Cette asymétrie détermine pour chaque aube 160 une partie supérieure 163 s'étendant au-dessus de l'axe C et une partie inférieure 164 s'étendant en dessous de l'axe C. La partie supérieure 163 et la partie inférieure 164 présentent des rayons de courbure et des longueurs différents. En particulier, le rayon de courbure de la partie inférieure 164 est plus grand que le rayon de courbure de la partie supérieure 163, tandis que la longueur de la partie inférieure 164 est supérieure à la longueur de la partie supérieure 163.
L'injecteur 151 est agencé pour injecter le jet sur la partie supérieure 163 des aubes 160. La position de l'injection du jet sur les aubes 160 ainsi que la forme particulière de celles-ci permettent d'allonger le trajet du jet dans les aubes 160 et d'améliorer la stratification de ce jet en sortie des aubes, ce qui permet la séparation ultérieure du fluide caloporteur et du gaz à haute température. L'angle de sortie du jet des aubes 160, c'est-à-dire l'angle formé entre la tangente à l'extrémité de la partie inférieure de l'aube et l'axe horizontal C, est sensiblement compris entre 8° et 12° de sorte que le jet en sortie d'aube 160 présente une énergie cinétique plus importante que dans une turbine Pelton classique où l'angle de sortie des aubes est sensiblement compris entre 4° et 8°. Ce surcroît d'énergie cinétique permet d'améliorer la séparation du fluide caloporteur et du gaz à haute température.
S é para te u ri 3v = défie cte url 65
En sortie d'aube 160, le jet pénètre dans un déflecteur 165 s'étendant sous les aubes 160 et agencé pour réorienter le fluide reçu vers la paroi 157 de la cuve 155. Le déflecteur 165 permet de stratifier le mélange du fluide caloporteur et du gaz à haute température, comme représenté sur la figure 4 du W02012/089940A2. En particulier le déflecteur 165, plus particulièrement représenté sur la figure 3 du W02012/089940A2, présente une forme agencée pour récupérer le mélange sortant de la roue 158 selon une direction sensiblement verticale et pour réorienter de façon continue ce mélange selon une direction sensiblement horizontale, comme représenté sur la figure 4 du W02012/089940A2, de façon à ce qu'il sorte du déflecteur 165 de façon tangentielle à la paroi 157 de la cuve 155, c'est-à-dire que le mélange sort du déflecteur 165 en longeant la paroi 157 de la cuve 155. A cet effet, le déflecteur 165 comprend au moins une ouverture d'entrée 166 du mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action 158, ladite ouverture s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe B de la roue 158, c'est-à-dire un plan sensiblement horizontal, et une ouverture de sortie 167 du mélange, ladite ouverture s'étendant au voisinage de la paroi 157 de la cuve 155 et dans un plan sensiblement vertical. L'ouverture d'entrée 166 et l'ouverture de sortie 167 sont reliées l'une à l'autre par une enveloppe 168 présentant une forme courbe, comme représenté sur la figure 3 du W02012/089940A2. Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 3 du W02012/089940A2, des parois internes s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe 168 sensiblement parallèlement à celle-ci de sorte à définir des canaux de circulation du mélange dans l'enveloppe et à séparer plusieurs ouvertures d'entrée et un nombre correspondant d'ouvertures de sortie.
La séparation du fluide caloporteur et du gaz haute température commence dans les aubes 160 par la centrifugation du mélange due à la forme des aubes 160. En passant dans le déflecteur 165, le reste du mélange est stratifié et passe de façon continue d'un écoulement selon la direction de sortie de la roue 158 à un écoulement tangentiel à la paroi 157 de la cuve 155, comme représenté sur la figure 4 du W02012/089940A2. Cet écoulement tangentiel provoque une centrifugation du mélange, du fait de la forme cylindrique de la paroi 157, ce qui permet d'achever la séparation du gaz haute température et du fluide caloporteur par effet cyclone. Ainsi, la séparation du mélange est réalisée de façon optimale de sorte que le fluide caloporteur et le gaz à haute température sont séparés à plus de 98 %. Le fait de prévoir une roue à action 158 en rotation autour d'un axe B sensiblement vertical permet de créer l'effet cyclone sur la paroi de la cuve, du fait qu'il est possible de placer un déflecteur 165 réorientant le mélange de façon adéquate.
Selon un mode de réalisation, le convertisseur d'énergie comprend plusieurs injecteurs 151 , par exemple six, comme dans une turbine Pelton classique et un nombre égal de déflecteurs 165.
Une fois séparé, le fluide caloporteur est entraîné vers le fond de la cuve 155 par la gravité, tandis que le gaz haute température, formé par de la vapeur d'eau se déplace vers le haut de l'enceinte 150. La partie supérieure de l'enceinte 150 comprend des moyens de récupération 169 du flux f* vapeur haute température séparé du fluide caloporteur FC. Le flux f1 vapeur haute température sort de l'enceinte par ces moyens de récupération 169 et circule dans le reste de l'installation comme cela sera décrit ultérieurement.
Le fond 156 de la cuve 155 comprend des moyens de récupération 170 du fluide caloporteur, afin que celui-ci passe dans le réservoir 171 en sortant de la cuve 157. Ces moyens de récupération 170 sont par exemple formés par des trous d'écoulement pratiqués dans le fond 156 de la cuve 155 et communiquant entre la cuve 155 et le fond de l'enceinte 150.
Le fluide caloporteur récupéré sert notamment à lubrifier au moins un palier à butée lisse 70 de type hydrodynamique par l'intermédiaire duquel l'arbre 159 de la roue à action 158 est monté en rotation sur le fond 156 de la cuve 155. En effet, le palier à butée lisse 172 baigne dans le fluide caloporteur récupéré par les moyens de récupération 173. Un tel palier 172 permet d'assurer la rotation de l'arbre 159 à grande vitesse dans un environnement à haute température avec une durée de vie importante, au contraire des classiques roulements à billes. En outre, l'installation du palier 172 à l'intérieur de l'enceinte 150 permet de ne pas avoir de problème d'étanchéité et d'éviter les fuites de caloporteur qui pourraient être dangereuse. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 7, le convertisseur 1 1 iii comprend deux paliers à butée lisse 172. Dans le réservoir 171 , une pompe de circulation 173 de fluide caloporteur FC (huile), par exemple de type volumétrique est montée sur l'arbre 159 par l'intermédiaire d'un joint homocinétique 174. Cette pompe est reliée à une conduite de sortie 175 reliant l'intérieur de l'enceinte 150 à l'extérieur et permettant dé faire circuler le fluide caloporteur vers le reste de l'installation 1. Ainsi, la pompe de circulation 72 est agencée pour aspirer le fluide caloporteur FC du réservoir 171 et pour l'injecter dans la conduite de sortie 175. La pompe de circulation est dépourvue de moteur d'entraînement puisque son actionnement est assuré par la rotation de l'arbre 159 de la roue à action 158 entraîné par le jet injecté par l'injecteur 151.
Transformateur énergie _ méça nique _ en é e gie électrique / alternateur _ 1_ 2/
Comme montré sur la figure 5, l'arbre 159 de la roue à action 158 sort de l'enceinte 151 par l'intermédiaire d'un piston 184 agencé pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 151 et l'extérieur de l'enceinte 151 , par exemple un piston suédois. L'arbre 159 entraîne en rotation le rotor de l'alternateur 12iv, avantageusement du type à aimant permanent. Cet alternateur 12iv permet de transformer l'énergie cinétique de rotation de l'arbre 159 en énergie électrique. L'alternateur 12iv est refroidi, au niveau de son entrefer, par un ventilateur 180 monté sur son rotor et par une conduite de circulation d'eau, formant la culasse réfrigérante 181 , qui gaine son stator. L'eau alimentant la culasse réfrigérante 181 provient d'une source d'alimentation en eau et est amenée à la culasse par une pompe volumétrique 182 actionnée par l'arbre 159 par l'intermédiaire d'un réducteur 183. Ainsi la pompe 108 est dépourvue de moteur d'actionnement. La culasse réfrigérante 181 sert au refroidissement de l'alternateur 12iv et au préchauffage de l'eau, comme décrit précédemment.
Condenseur .45
Le flux f‘de vapeur d'eau collectée par les moyens de récupération 169 prévus dans l'enceinte 151 de la figure 5 est refroidi par un condenseur 45 pour être transformé en un flux f“ de fluide thermodynamique FT (eau) liquide avant d'être recyclé.
Il peut s'agir par exemple de condenseur de type aéroréfrigérant ou d’un échangeur dont le secondaire est alimenté par de l’eau à une température inférieure à 60 °C (rivière, canal, ...).

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, contenue dans un fluide au moins en partie gazeux dit fluide fatal (FF), en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
ledit procédé mettant en œuvre au moins un fluide thermodynamique FT et au moins un fluide caloporteur FC, dans lequel :
I. on met en œuvre un flux f 00 de fluide FC au moins en partie liquide;
II. on transfère au flux f c0 de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF;
III. on pulvérise le flux f c0 chauffé en (II) pour générer un flux f c1 fragmenté de fluide FC;
IV. en parallèle, on met en œuvre un flux f“de fluide FT au moins en partie liquide;
V. puis on transfère au flux f“ de fluide FT de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF, pour générer un flux f1, dont la température est supérieure à celle du flux f10, le fluide FT du flux f* étant:
i. en phase liquide;
ii. en phase liquide et en phase vapeur;
iii. en phase vapeur à saturation;
iv. ou en phase vapeur surchauffée ;
VI. au besoin, on chauffe le flux f‘, pour le vaporiser de sorte que son titre en vapeur soit supérieur ou égal à 0,9; de préférence à 0,95;
VII. on injecte le flux f* dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t , le rapport Rd du débit massique du fluide FT sur le débit massique total du fluide FC et du fluide FT, étant compris entre 1 et 20%, de préférence entre 3 et 18%, et, plus préférentiellement encore entre 5 et 15 %;
VIII. ce flux f c1/t est ensuite accéléré et détendu;
IX. on convertit l'énergie cinétique de ce flux accéléré f c1/t en énergie mécanique; cette dernière étant éventuellement transformée en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
X. on sépare, d'une part, FT et, d'autre part, FC ;
XI. on récupère, d'une part, un flux f“° au moins en partie gazeux de FT et, d'autre part, un flux f c0 au moins en partie liquide de FC ;
XII. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f c0 de FC;
XIII. on condense le flux f 100 au moins en partie gazeux de FT en un flux f t0 au moins en partie liquide de FT;
XIV. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f“de FT;
caractérisé
en ce que ce procédé comprend la mise en œuvre d'au moins une boucle de circulation de FT et d'au moins une boucle de circulation de FC;
ces deux boucles ayant en commun:
i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux f c0 et le flux f * sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique; iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
- la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
- la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
2. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que, lors de l'étape
VII, l'injection du flux f* du fluide thermodynamique FT dans une enceinte d'injection de IΊMA se fait à une vitesse comprise entre 40 et 300 m/s, de préférence entre 50 et 150 m/s et, plus préférentiellement encore, entre 60 et 100 m/s.
3. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on fait en sorte que la détente du flux f* dans l'enceinte de GIMA recevant également le flux f°1 fragmenté de fluide FC, engendre un effet provoqué par un flux moteur à savoir le flux f ‘ de FT, sur un flux aspiré à savoir le flux f1 de FC.
4. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que, avant l'étape
VIII, le flux f* est soumis, lors d'au moins une étape (VIH0) de pré-accélération par détente, de préférence quasi-isotherme, du flux f', dans au moins une chambre de profil adapté, de préférence dans une tuyère; cette étape (VIII0) étant avantageusement mise en œuvre dans la même chambre de profil adapté que celle de l'étape (VIII).
5. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que FT est un liquide aqueux, de préférence choisi dans le groupe comprenant -idéalement constitué par- l'eau, le glycérol et leurs mélanges; et en ce que FC est choisi parmi les huiles végétales ou minérales, de préférence parmi les huiles non miscibles à l’eau et/ou ayant une température d’apparition d’un vernissage supérieure ou égale à 200° C, de préférence à 300° C, et, plus préférentiellement encore parmi les huiles végétales; FC étant idéalement choisi dans le groupe comprenant - idéalement composé de- : l'huile de ricin et/ou l’huile d’olive.
6. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide fatal FF présente initialement une température supérieure à 200 °C et préférentiellement supérieure à 300 °C, et/ou est choisi parmi les fluides gazeux et, plus préférentiellement encore, dans le groupe comprenant -idéalement composé de-: l’air chaud, les vapeurs d’eau, les gaz d'échappement de moteurs, les fumées, en particulier les fumées industrielles, et les chaleurs de séchoirs ou parmi les fluides liquides (e.g. comme c’est le cas dans les installations solaires à concentration).
7. Procédé selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé par au moins l'une des caractéristiques suivantes : C1. la pression de service Pf c0 (en bars) du flux f c0 avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f c0 de FC à l'étape XII, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- :
3 < Pf c0 < 30 ; 5 < Pf c0 < 25 ; 10 < Pf c0 < 15
C2. la pression de service Pf 1 (en bars) du flux f* avant l’injection lors de l'étape VII et après la compression du flux f t0° de FC à l'étape XIV, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- :
3 < Pf * < 30 ; 5 < Pf * < 25 ; 10 < Pf * < 15
C3. Pf c0 et Pf * sont identiques ou différentes, de préférence identiques;
C4. La pression Pf c1/* du flux f c1,‘ après l'étape IX de conversion de l'énergie cinétique en énergie mécanique, en bars et dans un ordre croissant de préférence, est telle :
Pf c1/* £ 2 ; 0,3 £ Pf c1/* < 1 ,5 ; égale ou environ égale à la pression atmosphérique.
8. Dispositif en particulier pour la mise en oeuvre du procédé, selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend au moins une boucle de circulation de FT et au moins une boucle de circulation de FC,
d'au moins une boucle de circulation de FT et d'au moins une boucle de circulation de FC;
ces deux boucles ayant en commun:
i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux f c0 et le flux f * sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/* en énergie mécanique;
iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
- la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
- la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que GIMA comprend au moins un mélangeur à buses du flux f 0 fragmenté et du flux f* sous forme de vapeur.
10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le mélangeur à buses comprend:
• au moins un fragmenteur du flux f° sous forme de gouttelettes, ledit fragmenteur comportant au moins une buse, préférentiellement plusieurs afin de minimiser les pertes de charge sur le flux f°0;
• au moins une chambre de mélange du flux f°° après fragmentation et du flux f* sous forme d’eau et/ou de vapeur, cette chambre de mélange convergeant dans le sens des flux FT et FC;
• au moins un conduit d'admission de FT dans la chambre de mélange ;
• au moins une canalisation d'admission de FC dans la chambre de mélange; en ce que la chambre de mélange comporte une sortie disposée à son point de convergence, cette sortie débouchant dans au moins un conduit d'accélération;
en ce que le conduit d'admission de FT comprend un segment interne et axial par rapport à la chambre de mélange, ce segment interne et axial étant muni d'au moins une buse terminale d'éjection de FT, qui comporte un orifice de sortie de FT disposé au voisinage de la partie d'extrémité de plus petite dimension de la chambre de mélange convergente ;
en ce que la canalisation d'admission de FC communique avec une pluralité de buses d'éjection de FC qui sont réparties sur le pourtour du segment interne et axial d'admission de FT, et qui comporte des orifices de sortie de FC en amont de l'orifice de sortie de FT;
le segment interne et axial du conduit d'admission de FT étant de préférence équipée d'un organe d'accélération, avantageusement formé par un venturi.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115059525B (zh) * 2022-05-13 2025-02-07 华电电力科学研究院有限公司 一种供热机组耦合熔盐储能深度调峰系统及其方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2148027A1 (de) * 1970-09-28 1972-04-06 Power Dev Inc Kraftmaschine
US3972195A (en) * 1973-12-14 1976-08-03 Biphase Engines, Inc. Two-phase engine
US3995428A (en) * 1975-04-24 1976-12-07 Roberts Edward S Waste heat recovery system
US4106294A (en) * 1977-02-02 1978-08-15 Julius Czaja Thermodynamic process and latent heat engine
US20120006024A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Energent Corporation Multi-component two-phase power cycle
AU2011351017B2 (en) 2010-12-30 2017-03-09 Hevatech Device for converting heat energy into mechanical energy
US9038389B2 (en) * 2012-06-26 2015-05-26 Harris Corporation Hybrid thermal cycle with independent refrigeration loop

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