EP1504185A1 - Groupe de cogeneration individuel et reseau de proximite - Google Patents

Groupe de cogeneration individuel et reseau de proximite

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Publication number
EP1504185A1
EP1504185A1 EP03727602A EP03727602A EP1504185A1 EP 1504185 A1 EP1504185 A1 EP 1504185A1 EP 03727602 A EP03727602 A EP 03727602A EP 03727602 A EP03727602 A EP 03727602A EP 1504185 A1 EP1504185 A1 EP 1504185A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
group
cogeneration
compressed air
electricity
network
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.)
Withdrawn
Application number
EP03727602A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Guy Negre
Cyril Negre
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.)
MDI Motor Development International SA
Original Assignee
MDI Motor Development International SA
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 MDI Motor Development International SA filed Critical MDI Motor Development International SA
Publication of EP1504185A1 publication Critical patent/EP1504185A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B27/02—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders arranged oppositely relative to main shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02—Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B17/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02—Engines
    • F01B17/022—Engines with fluid heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
    • F01B29/04—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups characterised by means for converting from one type to a different one
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
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    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to cogeneration groups for individual or collective dwellings, buildings, groups of buildings, factories, hospitals.
  • Cogeneration units are efficient means of producing from the same energy source for example a fossil fuel, such as natural or other gas, electricity by the operation of an engine, for example gas turbine or internal combustion engine, driving an alternator, and jointly use the calories released and lost by said engine to heat said homes or produce air conditioning also by the use of these lost calories.
  • a fossil fuel such as natural or other gas
  • an engine for example gas turbine or internal combustion engine, driving an alternator, and jointly use the calories released and lost by said engine to heat said homes or produce air conditioning also by the use of these lost calories.
  • Vehicles equipped with these propellants must be equipped with a compressed air recharging system with an on-board compressor driven by an electric motor as described in patent WO 98/12062, the content of which may be referred to.
  • high pressure compressors must use several compression stages with exchangers between them allowing to cool the compressed air.
  • 3 or 4 stage piston compressors comprising 3 or 4 sets of cylinders and pistons are thus commonly used in industry, the first stage carrying out, for example, the compression of the atmosphere to 8 bars then then the second stage going from 8 to 30 bars then the third from 30 to 100 and the last stage from 100 to 300 bars.
  • the effective displacement of each of the cylinders decreases to compensate for the increase in pressure.
  • the air heated by the compression is cooled in heat exchangers.
  • H also offers in this same patent a three-mode operating solution characterized in that the engine operates either with compressed air without heating, for example in city traffic with zero pollution, or with compressed air heated by combustion external in a thermal heater powered by a traditional fuel for example in suburban traffic with minimal pollution, or in road traffic, with internal combustion with an intake of air and gasoline (or any other fuel) allowing to introduce a charge of fuel mixture which is sucked in during the downward stroke of the piston then compressed in the expansion chamber which thus becomes a combustion chamber, in which the mixture is burned then expanded, producing work and escaping to the atmosphere according to the classic cycle of a 4-stroke engine.
  • the three operating modes described above can be used separately or in combination, whatever the modes of opening and closing of the exhaust and intake ducts, the methods and devices for switching from one mode to the other, controlled by electronic, electromechanical, mechanical or other devices, the fuels or the gases used, without, however, changing the principle of the invention described in said patent.
  • the intake and exhaust valves can advantageously be controlled by electrical, pneumatic or hydraulic systems controlled by an electronic computer as a function of the parameters of use.
  • the inventor has also filed a patent Nr WO 00/07278, to the content of which we can refer, concerning a standby generator without fuel derived from the technologies described above.
  • pistons are two stages in diameter comprising a cap of large diameter sliding in a so-called engine cylinder to perform the engine function during expansion followed by the exhaust and of which said cap is extended by a second piston stage of smaller diameter called compression to ensure the compression function of the compressed air stored in the high pressure tank.
  • the second stage pistons are used for the expansion function with work in the ambient thermal energy recovery system.
  • switching and interaction means between the different cylinders making it possible to deactivate the engine function during compressor operation, and / or, the compressor function during engine operation, and / or to activate the ambient thermal energy recovery function during engine operation.
  • heat exchangers are provided to cool the compressed air which passes through them, during the compressor function, and / or to heat it during the ambient thermal energy recovery function.
  • flywheel has integral means on its periphery making it possible to produce an electric motor controlled electronically to cause the group to lose its compressor function supplied by domestic electricity networks (220V).
  • this electric motor is reversible and can be used as a generator or alternator.
  • the motor-alternator thus produced makes it possible to start the group in its engine function by causing it to rotate at least on one engine revolution to allow the engine to be brought to its position for injecting compressed air, and / or to participate punctually in increasing the engine torque, either to produce electricity during continuous operation to produce on-board electricity, or to serve as a retarder by causing an opposite torque during this production of electricity.
  • the electric motor is characterized in that its rotation speed is variable, using a high speed when the tank is empty and that the torque required from the compressor drive motor is low to reach a lower rotation speed thereby reaching the shape of the torque curve of the electric motor.
  • the electric motor installed on the flywheel can use well-known permanent magnet motor techniques, said magnets being fixed on its rotor (which is actually the flywheel) while electromagnet coils are mounted substantially concentrically, fixed radially or axially, on an appropriate casing secured to the block of the compressor-motor-alternator group or else to variable reluctance motor technologies or other devices known to those skilled in the art, without changing the principle of the invention.
  • the compressor-motor-boosting unit according to said invention is equipped with an ambient thermal energy recovery system as described by the author in patent WO 98/32963 where the compressed air contained in the storage tank under very high pressure, for example 200 bars, and at room temperature, for example 20 degrees, prior to its final use at a lower pressure for example 30 bars, is relaxed to a pressure close to that necessary for its final use, in a system with variable volume, for example a piston in a cylinder, producing work which can be recovered and used by any known means, mechanical, electrical, hydraulic or other.
  • This expansion with work has the consequence of cooling at very low temperature, for example minus 100 ° C., the compressed compressed air to a pressure close to that of use.
  • the ambient thermal energy recovery system is characterized in that the compression cylinders and pistons are used to execute these successive expansions and that the heat exchangers used to cool the air during use as a compressor also serves to heat the air previously expanded and also characterized in that bypass means are provided for successively using the different stages of the recovery cylinders, the volumes of which are greater and greater, as the pressure in the storage tank decreases to allow suitable detents.
  • the motor-compressor-motor generator unit is equipped with a thermal heating system as described by the author in another patent WO / 99/37885, where it offers a solution which makes it possible to increase the quantity usable and available energy, characterized in that the compressed air, before its introduction into the combustion and / or expansion chamber, coming from the storage tank either directly or after it has passed through the heat exchanger of the device for recovering ambient thermal energy, and before its introduction into the expansion chamber, is channeled into a thermal heater, where, by increasing the temperature, it will again increase pressure and / or volume before its introduction into the combustion and / or expansion chamber, thus further increasing considerably, the performance that can be achieved by the engine.
  • a thermal heating system as described by the author in another patent WO / 99/37885, where it offers a solution which makes it possible to increase the quantity usable and available energy, characterized in that the compressed air, before its introduction into the combustion and / or expansion chamber, coming from the storage tank either directly or after it has passed through the heat exchanger of the device for recovering ambient
  • thermal heater has the advantage of being able to use clean continuous combustions which can be catalyzed or decontaminated by any known means with the aim of obtaining emissions of minute pollutants.
  • the thermal heater can use fossil fuel as fuel, such as gasoline, or LPG CNG gas, thus making it possible to operate a dual-energy external combustion operation where a burner will cause a rise in temperature.
  • the heater advantageously uses thermochemical methods based on absorption and desorption methods, such as those used and described for example in patents EP 0 307 297 A1 and EP 0 382 586 B1, these methods using the transformation by evaporation of a fluid, for example of liquid ammonia into gas reacting with salts such as calcium chlorides, manganese or others, the system functions as a thermal cell where in a first phase the evaporation of the reserve d ammonia contained in an evaporator produces on the one hand cold and on the other a chemical reaction in the reactor containing salts which releases heat, when the ammonia reserve is used up, the system is rechargeable in a second phase by adding heat to the reactor which reverses the reaction where the ammonia gas dissociates from the chloride, and returns to the liquid state by
  • thermochemical heater thus described uses the heat produced during phase 1 to increase the pressure and / or the volume of the compressed air coming from the high pressure storage tank, before its introduction into the engine cylinder expansion chamber.
  • phase 2 the system is regenerated by the contribution of heat given off by the exhausts of the various stages of the compressor during the operation of the compressor to recharge the main high-pressure storage tank.
  • the motor-compressor-motor-generator unit is equipped with a thermal burner heater, or the like, and with a thermochemical heater of the aforementioned type which can be used jointly or successively during phase 1 of the thermochemical heater where the thermal burner heater will regenerate (phase 2) the thermochemical heater when the latter is empty by heating its reactor during continued operation of the group with the use of the burner heater.
  • the motor-compressor-motor generator set equipped with a thermal heater operates autonomously, without using the high pressure compressed air contained in the storage tank, by taking compressed air. supplied by one or more of the compression stages according to the desired working pressures, this compressed air is then reheated in the reheating system where its temperature will increase with the consequence of increasing its volume and / or its pressure, then reinjected in the expansion chambers of the engine cylinders to allow the group to function by relaxing and producing engine time.
  • the air from the exhaust of the expansion cylinders is diverted to the thermal heater either directly or through one or more stages of compression where its temperature will increase with the consequence of increasing its pressure and / or its volume, then reinjected into the expansion chambers of the expansion cylinders to allow the operation of the group while producing the engine time.
  • a pressure relief valve makes it possible to control said pressure and to escape from the atmosphere a possible increase in air.
  • part of the compression air can be used in bypass and / or other stages of the compressor are used to recharge the main tank while the engine is running in a stand-alone as described above.
  • the compressor-motor-generator set thus equipped operates in dual energy by using in city for example, zero pollution operation with compressed air contained in the high pressure storage tank, and on the road, always for example in autonomous operation with its powered thermal heater by fossil energy, while replenishing the high pressure storage tank with one or more of its compression stages.
  • the compressor-motor-alternator group works with four energy sources which, when in use, and depending on the desired performance or needs, can be used jointly or separately.
  • the energy of the compressed air contained in the high-pressure storage tank is the main source and is used in particular for perfectly clean operation in urban areas.
  • Thermochemical energy is used to increase performance and autonomy of use in perfectly zero pollution operation.
  • thermochemical heater when the latter is also empty.
  • the compressor-motor-compressor unit described in said application is also equipped with a device for controlling the piston stroke, characterized in that the axis of the opposite cylinders, and the fixed point of the pressure lever are substantially aligned on the same axis, and characterized in that the axis of the control rod connected to the crankshaft is positioned on the other hand not on the common axis of the articulated arms but on the arm itself between the common axis and the fixed or pivot point . Therefore the lower arm and its symmetry represent a single arm with the pivot, or fixed point, substantially in its center and two axes at each of its free ends connected to the opposite pistons.
  • Patent application 000/4555 relates to the dialogue between the electrical or electronic members of a mobile or fixed installation and more particularly of motor vehicles.
  • the applicant has acquired the rights relating to the said request registered with the Inpi under the No. 0701.02 125132 concerning an autonomous dialogue system which v ⁇ r -. concertPCT / FR03 / 00898 measuring voltages, currents, the presence of loads, as well as faults
  • each member comprises: - A radio transceiver
  • This arrangement thus makes it possible to communicate to the various electrical or electronic elements of an installation, the various switching orders as well as it makes it possible to carry out physical measurements, to detect in return any operating anomaly of a considered element and to pass them on to other organs.
  • Each component of the radio transmission and / or reception circuit is frequency modulated and has its own identification code.
  • the construction of the signal to be transmitted is carried out by a microprocessor contained in each organ, the signal is then amplified by an electronic circuit before its propagation by the antenna to all the other organs.
  • the microprocessor constructs the radio signals to be transmitted analogically and analyzes the radio signals received and constructs a digital frame which is then decoded in order to obtain the various data such as the code of the sending organ, the code of the destination organ , the order to execute, the different data and parameters and the key of this frame.
  • the digital frame is received by all the bodies and the microprocessors of said receiving bodies compare their own identification code with that contained in the frame, so that the body concerned is the only one to execute the order sent. If the digital frame received is intended for this member, the internal microprocessor thereof checks if this and is not erroneous. To do this, the microprocessor calculates a digital key using all the bits contained in the received frame and compares it to the key contained in the frame itself. If the result gives the value zero, the received frame does not contain a transmission error. At this stage, the microprocessor executes the order contained in the frame received and sends an acknowledgment of receipt to the sending unit.
  • the organ builds, through its internal microprocessor, a digital frame then transforms it with a carrier wave into an analog signal.
  • the analog signal thus obtained is amplified and then propagated by the antenna to all the other organs and in particular to the command or control organ.
  • the radio link of the dialogue system is established through a conductor connecting all the members together, thus making it possible to avoid any interference.
  • the digital frame constructed by the microprocessor contains the code of the recipient unit, the code of the sending unit, the order, the data, the parameters as well as the key of the frame.
  • the present invention relates to the use and modes of operation of compressor-motor-generator sets and of communication systems as described above for obtaining particularly efficient cogeneration groups.
  • the individual cogeneration group uses the compressor-motor-alternator group equipped with a thermal heater operating autonomously, without using the high pressure compressed air contained in the storage tank, by taking air compressed supplied by one or more of the compression stages according to the desired working pressures, this compressed air is then reheated in the reheating system where its temperature will increase with the consequence of increasing its volume and / or its pressure, then reinjected into the expansion chambers of the engine cylinders to allow the group to operate by relaxing and producing the engine time; it is characterized in that the heating of the dwelling concerned is used as a thermal heater for operation of the motor which supplies power by using the built motoaltemateur the flywheel dud 'rt group.
  • Said heating of the house can be either a gas or coal, or biomass or other heating without changing the principle of the invention.
  • the cogeneration group advantageously uses thermochemical processes based on absorption and desorption processes, such as those described above to allow the operation of the group while the heating of the dwelling is inactivated.
  • the compressor-motor-generator set is equipped with a thermal burner heater, or the like, and with a thermochemical heater of the aforementioned type which can be used jointly or successively during phase 1 of the thermochemical heater. where the heater thermal burner will regenerate (phase 2) the thermochemical heater when the latter is empty by heating its reactor during the continued operation of the group with the use of the burner heater.
  • the motor-compressor-motor generator set is equipped with a high-pressure compressed air tank allowing, during a power failure, to be able to operate the group as a standby generator and to produce the electricity of the house.
  • each house in a group of dwellings constituting for example an urban subdivision is equipped with an individual cogeneration group according to the invention and each cogeneration group is connected to the others by an electrical conductor constituting a local network; an energy management center is installed to manage the supply of electricity to each of the dwellings thus grouped from one or more groups which can be activated successively or alternately depending on the overall needs of the whole network homes.
  • the central management unit according to the invention is equipped with the communication system as described above on pages 8 to 11.
  • the central unit will automatically count the hours of operation of each of them and activate the groups as necessary, one after the other successively and / or alternately.
  • the power station according to the invention is equipped with metering devices making it possible to distribute energy expenses at the fair cost to each user.
  • the power station In winter, the heating needs of each dwelling being able to be different, the power station will choose as a priority to operate the cogeneration groups of the dwellings using heating.
  • the installation of a cogeneration group in a local network according to the invention can also be carried out in a building where each dwelling is equipped with individual heating where the internal network of the building will be governed in the same way as the dwellings of the local network as described above.
  • cogeneration groups in a local network can be installed in groups of buildings each having collective central heating where each building will be equipped with a high-power cogeneration group producing electricity for its own building and / or other buildings, where the central management will manage the operation of the network in the same way as described above for individual dwellings.
  • a high-power cogeneration group for example of more than 600 hp used either in a single building or in a building group network is advantageously replaced by a set of low-power cogeneration groups by example 12 units of 50 hp assembled and connected together by any means and managed by an energy management center as described above where each of the units in this group will then be operated successively one after the other depending on the building energy needs.
  • FIG. 1 shows schematically seen in cross section the mobile assembly of the compressor-motor-generator group at its bottom dead center.
  • FIG. 3 shows schematically at its top dead center, the compressor-motor-alternator group according to the invention equipped with a thermal heater and designed to operate independently.
  • FIG. 5 shows the same group where the heating device is made by the boiler of a central heating of a house.
  • - Figure 6 shows schematically the group equipped with its means of electricity production.
  • Figure 7 represents a group of dwellings connected in a neighborhood network.
  • FIG. 8 shows a high power cogeneration group consisting of a set of 9 low power cogeneration units or groups according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show, schematically in cross section, the architecture of the moving assembly of the group according to the invention comprising two pistons and cylinders opposite substantially on the same axis XX 'where we can see the pistons 1 and 1A with two stages each having a first engine stage consisting of a large diameter cap 2 and 2A equipped with sealing segments 3 and 3A and sliding in their driving or expansion cylinder 4 and 4A, and a second compression stage 5 and 5A, concentric, consisting of a sort of axis of smaller diameter, also equipped with sealing segments 6 and 6A, and sliding in the compression cylinders 7 and 7A, each piston also comprising bosses 8 and 8A making it possible to connect them by an axis, called the piston axis, 9 and 9A to the crank rod system by connecting rods 10 and 10A, they- same connected by a common axis 11 and 11A to the two free ends of an arm 12 mounted oscillating, substantially at its center and on a fixed axis 12A, located substantially on the axis
  • the 12 B On one of the two half-arms here the 12 B is attached by an axis 12D, a connecting rod 13 for control connected to the aneton 13A of a crankshaft 14 rotating on its axis 15.
  • the control rod 13 exerts a force on the axis 12D, causing the displacement of the oscillating arm 12 thus allowing the displacement of the pistons 1 and 1A along the axis of the cylinders 4, 4A, 6, 6A, or even the axis XX 'from bottom dead center ( Figure 1) to top dead center ( Figure 2), and transmits back to crankshaft 14, the forces exerted on the pistons 1 and 1A, during the engine time from top dead center to the bottom dead center thus causing the rotation of said crankshaft.
  • FIG. 3 represents a motor-presser-motor-alternator group provided with one of the possible equipment for autonomous operation without a high-pressure compressed air storage tank, where the group according to the invention can be seen, equipped with its heater 29 supplied with fossil energy by a gas cylinder 30 and in which the exhausts 18 and 18A are connected by the conduit 22 to the intake valve 19A of the compression cylinder 6A while the exhaust valve 20A of said compression cylinder 6A is connected to the buffer capacity 27 through the conduit 25 and the thermal heater 29.
  • the exhaust valves 17 and 17A are open and the relaxed air is pushed back and recompressed towards the compression cylinder 6A through the exhausts 18, the duct 22, the radiator 22E and the intake valve of the compression cylinder 6A, the air will penetrate into the cylinder 6A as soon as the pistons arrive at top dead center then that the compressed air in the previous cycle in the compression cylinder 6A is discharged to the heater 29 where- it will increase in pressure and / or volume to be introduced into the buffer capacity 27 in order to supply the injectors 16 and 16A.
  • a pressure relief valve 21 D makes it possible to control the inlet pressure in the compression cylinder 6A and to escape the excess compressed air.
  • FIG. 5 very schematically represents the cogeneration group according to the invention using for its device for heating an individual central heating boiler of a dwelling where one can see the compressor-motor-generator group provided with one of the possible equipments for autonomous operation without high pressure compressed air storage tank, where the group according to the invention can be seen, in which the exhausts 18 and 18A are connected by the conduit 22 to the intake valve 19A of the cylinder compression 6A while the exhaust valve 20A of said compression cylinder 6A is connected to the buffer capacity 27 through the conduit 25 and the individual central heating boiler of the dwelling 32.
  • FIG. 6 diagrammatically represents a group such as those described in the preceding figures and equipped with its motor generator 48 enabling the production of electricity where the flywheel 45 comprises permanent magnets 46, 46A, 46B, which during rotation will scroll past electromagnets 47, 47A, 47B, 47C, 47D, and produce the electricity which is the object of the operation of the cogeneration group described.
  • FIG. 7 represents a proximity network where one can see a group of 6 dwellings constituting for example an urban subdivision where each dwelling is equipped with a cogeneration group according to the invention 40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40 E , and each cogeneration group is connected to the others by an electrical conductor 41 constituting a proximity network; an energy management center 42 is installed to manage the supply of electricity to each of the dwellings thus grouped from one or more groups which can be activated successively or alternately depending on the overall needs of the whole network homes.
  • FIG. 8 represents a high-power cogeneration group, for example 450 hp, made up according to the invention of 9 units of small 50hp cogeneration groups as described above, 40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40 e , 40F , 40G, 40H and each having their motor-alternator their power supply and thermal heater system, not shown and mounted in a rack 43, connected by electrical conductors 41 to a management center 42 itself connected to the electrical network of the building by appropriate means 44 or other installation so that as and when the energy needs the power plant will start and activate one after the other ies units in this group.
  • a management center 42 itself connected to the electrical network of the building by appropriate means 44 or other installation so that as and when the energy needs the power plant will start and activate one after the other ies units in this group.
  • the number of cogeneration units constituting the group is in no way limited to the examples described above and makes it possible to adjust, by varying the power of each unit, and the number of these units, the overall power to whatever needs they are.
  • the invention is not limited to the examples of embodiments described and shown: the materials, the control means, the described devices can vary within the limit of equivalents, to produce the same results, as well as the number of housings and or dwellings networked locally, their distances between them and the installed power, without changing the invention which has just been described.
  • compressor-motoalternateur designated groups thus described that communication system, it will be possible without changing the principle of the invention that has been described to utiiiser engines diverse operation and different energy management systems.

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Abstract

Groupe de cogénération utilisant préférentiellement un groupe motocompresseur-motoalternateur équipé d'un réchauffeur thermique fonctionnant d'une manière autonome, en prélevant de l'air comprimé fourni par un ou plusieurs des étages de compression, qui est ensuite réchauffé pour accroître sa température et/ou sa pression, puis réinjecté dans les chambres d'expansion du moteur pour produire le temps moteur, dans lequel le chauffage de l'habitation est utilisé en tant que dispositif de réchauffage de l'air comprimé et pouvant être utilisé en réseau de proximité où chaque maison d'un groupe d'habitations (40, 40A,...) est équipée de tels groupes, reliés entre eux (41) et commandés par une centrale de gestion d'énergie (42) pour permettre de fournir l'électricité à chacune des habitations à partir d'un ou de plusieurs groupes qui pourront être activés successivement et/ou alternativement en fonction des besoins globalisés de l'ensemble des habitations du réseau.

Description

GROUPE DE COGENERATION INDIVIDUEL ET RESEAU DE PROXIMITE
L'invention concerne des groupes de cogénération pour habitations individuelles ou collectives, immeubles, groupes d'immeubles, usines, hôpitaux.
Les groupes de cogénération sont des moyens efficaces de produire en partant de la même source d'énergie par exemple un carburant fossile, tels que gaz naturel ou autre, de l'électricité par le fonctionnement d'un moteur, par exemple turbine à gaz ou moteur à combustion interne, entraînant un alternateur, et d'utiliser conjointement les calories dégagées et perdues par ledit moteur pour chauffer lesdites habitations ou bien produire de l'air conditionné également par l'utilisation de ces calories perdues.
Le rédacteur a déposé de nombreux brevets concernant des motorisations ainsi que leurs installations, plus particulièrement pour équiper des véhicules, utilisant de l'air comprimé additionnel pour un fonctionnement totalement propre en site urbain et suburbain :
WO 96/27737 WO 97/00655 WO 97/48884 WO 98/12062 WO 98/15440 WO 98/32963 WO 99/37885 WO 99/37885 Pour la mise en œuvre de ces inventions, il a également décrit dans sa demande de brevet WO 99/63206 au contenu duquel on pourra se reporter, un procédé et dispositif de contrôle de la course des pistons de moteur permettant l'arrêt du piston à son point mort haut ; procédé également décrit dans sa demande de brevet WO 99/20881 au contenu duquel on pourra également se reporter concernant le fonctionnement de ces moteurs en mono énergie ou en bi-énergie bi ou tri modes d'alimentation.
Les véhicules équipés de ces propulseurs se doivent d'être équipés d'un système de rechargement en air comprimé avec un compresseur embarqué entraîné par un moteur électrique tel que décrit dans le brevet WO 98/12062 au contenu duquel on pourra se reporter.
Ils se doivent par ailleurs de disposer d'un système de démarrage électrique, pour lancer le moteur et d'un dispositif d'alternateur pour recharger les batteries et fournir l'électricité de bord nécessaire.
De nombreux systèmes de démarreur alternateur ont été réalisés sur des véhicules tels que Panhard et Levassor dans les années 1930 ou Isard Glass en
1958 qui étaient équipés d'un tel dispositif appelé alors « dynastar », plus récemment de nombreux systèmes de régulation de modulation de couple électrique sont en cours, d'industrialisation et des systèmes de moteurs hybrides thermiques électriques voient le jour où l'on retrouve l'assistance d'un moteur électrique.
Pour obtenir de bons rendements et pour limiter le taux de compression dans chaque cylindre, les compresseurs haute pression se doivent d'utiliser plusieurs étages de compression avec entre eux des echangeurs permettant de refroidir l'air comprimé. A titre d'exemple des compresseurs à pistons de 3 ou 4 étages comportant 3 ou 4 ensembles de cylindres et pistons sont ainsi couramment utilisés dans l'industrie, Je premier étage effectuant, par exemple, la compression de l'atmosphère à 8 bars puis ensuite le second étage passant de 8 à 30 bars puis le troisième de 30 à 100 et le dernier étage de 100 à 300 bars. La cylindrée effective de chacun des cylindres allant en diminuant pour compenser l'augmentation de pression. Entre chaque étage de compression l'air échauffé par la compression est refroidi dans des echangeurs thermiques.
Dans son brevet Nr WO 98/32963 au contenu duquel on pourra se reporter, l'auteur décrit un dispositif de récupération d'énergie thermique ambiante où l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage sous très haute pression (par exemple 200 bars) et à température ambiante (par exemple 20° C), préalablement à son utilisation finale à une pression inférieure (par exemple 30 bars), est détendu à une pression proche de celle nécessaire à son utilisation finale, dans un système à volume variable, (par exemple un piston dans un cylindre produisant un travail) ; cette détente avec travail a pour conséquence de refroidir à très basse température (par exemple moins 100 degrés) l'air comprimé détendu à la pression proche de celle d'utilisation. Cet air comprimé est ensuite envoyé dans un échangeur avec l'air ambiant permettant de le réchauffer, et va augmenter ainsi sa pression et/ou son volume, en récupérant de l'énergie thermique empruntée à l'atmosphère ; ce dispositif pouvant être réalisé sur plusieurs étages de détente.
Dans sa demande de brevet WO 99/37885 au contenu duquel on pourra se reporter, il propose une solution qui permet d'augmenter la quantité d'énergie utilisable et disponible caractérisée par le fait que l'air comprimé, avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion, provenant du réservoir de stockage soit directement soit après son passage dans le ou les echangeurs thermiques du dispositif de récupération d'énergie thermique ambiante, et avant son introduction dans la chambre de combustion est canalisé dans un réchauffeur thermique où, par accroissement de sa température, il va augmenter encore de pression et/ou de volume avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion du moteur, augmentant encore ainsi considérablement les performances pouvant être réalisées par ledit moteur. L'utilisation d'un réchauffeur thermique, et malgré l'utilisation d'un carburant fossile, présente l'avantage de pouvoir utiliser des combustions continues propres qui peuvent être catalysées ou dépolluées par tous moyens connus dans le but d'obtenir des émissions de polluant infimes. Dans son brevet WO 99/63206, l'auteur propose un procédé de fonctionnement permettant de faire fonctionner le moteur en bi-énergie (fonctionnement air comprimé en ville et fonctionnement air plus carburant conventionnel sur route), dans le cas où la chambre d'aspiration compression a été supprimée, caractérisé en ce que le cycle d'ouverture et de fermeture de la soupape d'échappement qui s'ouvre à chaque tour moteur sur une partie de la course ascendante du piston est changée en cours de fonctionnement pour s'ouvrir durant la course ascendante du piston tous les deux tours et, en ce que, conjointement le moteur est équipé d'une admission d'air et de carburant tel qu'essence, gazole ou autre, permettant d'introduire une charge de mélange carburé qui est aspiré durant la course de descente du piston puis comprimé dans la chambre d'expansion qui devient alors une chambre de combustion, dans laquelle le mélange est brûlé, puis détendu en produisant un travail en repoussant le piston, et repoussé ensuite à l'échappement selon le cycle classique d'un moteur à 4 temps. H propose également dans ce même brevet une solution de fonctionnement trimode caractérisé en ce que le moteur fonctionne soit avec de l'air comprimé sans réchauffe, par exemple en circulation urbaine avec une pollution zéro, soit avec de l'air comprimé réchauffé par une combustion externe dans un réchauffeur thermique alimenté par un carburant traditionnel par exemple en circulation suburbaine avec une pollution infime, soit en circulation routière, avec une combustion interne avec une admission d'air et d'essence (ou tout autre carburant) permettant d'introduire une charge de mélange carburé qui est aspiré durant la course de descente du piston puis comprimé dans la chambre d'expansion qui devient ainsi une chambre de combustion, dans laquelle le mélange est brûlé puis détendu en produisant un travail et échappé à l'atmosphère selon le cycle classique d'un moteur à 4 temps.
Les trois modes de fonctionnement décrits ci-dessus pouvant être utilisés séparément ou en combinaison, quels que soient les modes d'ouverture et de fermeture des conduits tant d'échappement que d'admission, les méthodes et dispositifs de passage d'un mode à l'autre, commandés par des dispositifs électroniques, électromécaniques, mécaniques ou autres, les carburants ou les gaz employés, sans pour autant changer le principe de l'invention décrite dans ledit brevet. De même que les soupapes d'admission et d'échappement peuvent avantageusement être commandées par des systèmes électriques, pneumatiques ou hydrauliques commandés par un calculateur électronique en fonction des paramètres d'utilisation. L'inventeur a également déposé un brevet Nr WO 00/07278, au contenu duquel on pourra se reporter, concernant un groupe électrogène de secours sans carburant issu des technologies précédemment décrites.
Dans sa demande de brevet FR 01/13798, le rédacteur décrit un groupe motocompresseur-motoalternateur caractérisé par les moyens mis en œuvre pris dans leur ensemble ou séparément, et plus particulièrement :
- en ce que les pistons sont à deux étages de diamètre comportant une calotte de grand diamètre coulissant dans un cylindre dit moteur pour assurer la fonction moteur lors de la détente suivie de l'échappement et dont ladite calotte est prolongée d'un piston de deuxième étage de plus petit diamètre dit de compression pour assurer la fonction de compression de l'air comprimé stocké dans le réservoir haute pression.
- en ce que les pistons de deuxième étage sont utilisés pour la fonction de détente avec travail dans le système de récupération d'énergie thermique ambiante. - en ce que sont ménagés des moyens de commutation et d'interaction entre les différents cylindres permettant de rendre inactive la fonction moteur lors du fonctionnement en compresseur, et /ou, la fonction compresseur lors du fonctionnement moteur, et ou encore, d'activer la fonction récupération d'énergie thermique ambiante lors du fonctionnement moteur. - en ce qu'entre chaque cylindre de compression, et/ou, de détente de récupération d'énergie thermique, sont ménagés des echangeurs thermiques pour refroidir l'air comprimé qui les traverse, lors de la fonction compresseur, et/ou le réchauffer lors de la fonction récupération d'énergie thermique ambiante.
- en ce que le volant d'inertie moteur comporte solidaire sur sa périphérie des moyens permettant de réaliser un moteur électrique piloté électroniquement pour eniraîner le groupe dans sa fonction compresseur alimenté par les réseaux d'électricité domestique (220V).
- en ce que ce moteur électrique est réversible et peut être utilisé en génératrice ou alternateur. Selon une variante de ladite invention, le motoalternateur ainsi réalisé permet de démarrer le groupe dans sa fonction moteur en provoquant sa rotation au moins sur un tour moteur pour permettre d'amener le moteur à sa position d'injection d'air comprimé, et/ou de participer ponctuellement à augmenter le couple du moteur, soit encore de produire de l'électricité lors du fonctionnement en continu pour produire l'électricité de bord, soit de servir de ralentisseur en provoquant un couple opposé lors de cette production d'électricité.
Lors de l'utilisation du groupe en mode compression utilisant notamment l'énergie fournie par le réseau domestique, et selon un autre aspect de l'invention, le moteur électrique est caractérisé en ce que sa vitesse de rotation est variable, en utilisant une vitesse élevée lorsque le réservoir est vide et que le couple demandé au moteur d'entraînement du compresseur est faible pour atteindre une vitesse de rotation plus faible rejoignant en cela la forme de la courbe de couple du moteur électrique.
Le moteur électrique installé sur le volant peut faire appel à des techniques de moteurs à aimants permanents bien connus, lesdits aimants étant fixés sur son rotor (qui est de fait Je volant moteur) alors que des bobinages d'électroaimants sont montés sensiblement concentriquement, fixes radialement ou axialement, sur un carter approprié solidaire du bloc du groupe motocompresseur-motoalternateur ou bien à des technologies de moteurs à réluctance variable ou autres dispositifs connus de l'homme de l'art, sans pour autant changer le principe de l'invention.
Préférentiellement, le groupe motocompresseur-motoaltemateur selon ladite invention est équipé d'un système de récupération d'énergie thermique ambiante tel que décrit par l'auteur dans le brevet WO 98/32963 où l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage sous très haute pression, par exemple 200 bars, et à température ambiante, par exemple 20 degrés, préalablement à son utilisation finale à une pression inférieure par exemple 30 bars, est détendu à une pression proche de celle nécessaire à son utilisation finale, dans un système à volume variable, par exemple un piston dans un cylindre, produisant un travail qui peut être récupéré et utilisé par tous moyens connus, mécaniques, électriques, hydrauliques ou autres. Cette détente avec travail a pour conséquence de refroidir à très basse température, par exemple moins 100° C, l'air comprimé détendu à une pression proche de celle d'utilisation. Cet air comprimé détendu à sa pression d'utilisation, et à très basse température est ensuite envoyé dans un échangeur avec l'air ambiant, va se réchauffer jusqu'à une température proche de la température ambiante, et va augmenter ainsi sa pression et/ou son volume, en récupérant de l'énergie thermique empruntée à l'atmosphère. Cette opération pouvant être répétée plusieurs fois sur plusieurs étages, Je système de récupération d'énergie thermique ambiante selon l'invention est caractérisé en ce que les cylindres et pistons de compression servent à exécuter ces détentes successives et que les echangeurs thermiques utilisés pour refroidir l'air lors de l'utilisation en compresseur servent également à réchauffer l'air préalablement détendu et également caractérisé en ce que des moyens de dérivation sont prévus pour utiliser successivement les différents étages des cylindres de récupération dont les volumes sont de plus en plus grands, au fur et à mesure de la diminution de la pression dans le réservoir de stockage afin de permettre des détentes adaptées. Encore préférentiellement, le groupe motocompresseur-motoaltemateur, selon ladite invention est équipé d'un système de réchauffage thermique tel que décrit par l'auteur dans un autre brevet WO/99/37885, où il propose une solution qui permet d'augmenter la quantité d'énergie utilisable et disponible, caractérisée par le fait que l'air, comprimé, avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion, provenant du réservoir de stockage soit directement soit après son passage dans l'échangeur thermique du dispositif de récupération d'énergie thermique ambiante, et avant son introduction dans la chambre d'expansion, est canalisé dans un réchauffeur thermique, où, par accroissement de température, il va augmenter à nouveau de pression et/ou de volume avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion, augmentant encore ainsi considérablement, les performances pouvant être réalisées par le moteur.
L'utilisation d'un réchauffeur thermique présente l'avantage de pouvoir utiliser des combustions continues propres qui peuvent être catalysées ou dépolluées par tous moyens connus dans le but d'obtenir des émissions de polluants infimes.
Le réchauffeur thermique peut utiliser pour énergie un carburant fossile tel qu'essence gazole, ou bien gaz GPL GNV, permettant de réaliser ainsi un fonctionnement biénergie à combustion externe où un brûleur va provoquer une élévation de température. Selon une autre variante de ladite invention, le réchauffeur utilise avantageusement des procédés thermochimiques basés sur des procédés d'absorption et de desorption, tels que ceux utilisés et décrits par exemple dans les brevets EP 0 307297 A1 et EP 0 382586 B1, ces procédés utilisant la transformation par évaporation d'un fluide par exemple d'ammoniac liquide en gaz réagissant avec des sels comme des chlorures de calcium, de manganèse ou autres, le système fonctionne comme une pile thermique où dans une première phase l'évaporation de la réserve d'ammoniac contenu dans un évaporateur produit d'une part du froid et de l'autre une réaction chimique dans le réacteur contenant des sels qui dégage de la chaJeur, lorsque la réserve d'ammoniac est épuisée, Je système est rechargeable dans une deuxième phase par apport de chaleur dans le réacteur qui renverse la réaction où le gaz ammoniac se dissocie du chlorure, et retourne à l'état liquide par condensation.
L'application selon ladite invention est caractérisée en ce que le réchauffeur thermochimique ainsi décrit utilise la chaleur produite durant la phase 1 pour augmenter la pression et/ou le volume de l'air comprimé provenant du réservoir de stockage haute pression, avant son introduction dans la chambre d'expansion du cylindre moteur. Lors de la phase 2, le système est régénéré par l'apport de chaleur dégagée par les échappements des divers étages du compresseur lors du fonctionnement du compresseur pour recharger le réservoir principal de stockage haute pression.
Selon une variante de ladite invention, le groupe motocompresseur- motoaltemateur est équipé d'un réchauffeur thermique à brûleur, ou autre, et d'un réchauffeur thermochimique de type précédemment cité pouvant être utilisé conjointement ou successivement lors de la phase 1 du réchauffeur thermochimique où le réchauffeur thermique à brûleur va permettre de régénérer (phase 2) le réchauffeur thermochimique lorsque ce dernier est vide en réchauffant son réacteur durant la poursuite du fonctionnement du groupe avec l'utilisation du réchauffeur à brûleur.
Selon un autre mode de réalisation de ladite invention, le groupe motocompresseur-motaltemateur équipé d'un réchauffeur thermique fonctionne d'une manière autonome, sans utiliser l'air comprimé haute pression contenu dans le réservoir de stockage, en prélevant de l'air comprimé fourni par un ou plusieurs des étages de compression selon les pressions de travail souhaitées, cet air comprimé est ensuite réchauffé dans le système de réchauffe où sa température va s'accroître avec pour conséquence d'augmenter son volume et/ou sa pression, puis réinjecté dans les chambres d'expansion des cylindres moteurs pour permettre le fonctionnement du groupe en en se détendant et en produisant le temps moteur.
Selon une autre variante du mode de réalisation ci-dessus, et lorsque le groupe fonctionne de manière autonome, l'air de l'échappement des cylindres de détente, est dérivé vers le réchauffeur thermique soit directement, soit à travers un ou plusieurs étages de compression où sa température va s'accroître avec pour conséquence l'augmentation de sa pression et/ou de son volume, puis réinjecté dans les chambres d'expansion des cylindres de détente pour permettre le fonctionnement du groupe en produisant le temps moteur. Sur le circuit d'échappement, et avant le réchauffeur thermique, un clapet de surpression permet de contrôler ladite pression et d'échapper à l'atmosphère un surcroît éventuel d'air. Selon une variante du mode de réalisation ci-dessus, une partie de l'air de la compression peut être utilisée en dérivation et/ou d'autres étages du compresseur sont utilisés pour recharger le réservoir principal alors que le moteur fonctionne d'une manière autonome tel que décrit ci-dessus.
Le groupe motocompresseur-motoaltemateur ainsi équipé fonctionne en biénergie en utilisant en ville par exemple, le fonctionnement zéro pollution avec de l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage haute pression, et sur route, toujours pour l'exemple en fonctionnement autonome avec son réchauffeur thermique alimenté par une énergie fossile, tout en réalimentant par un ou plusieurs de ses étages de compression le réservoir de stockage haute pression.
Le groupe motocompresseur-motoalternateur fonctionne avec quatre sources d'énergie qui, lors de son utilisation, et selon les performances recherchées ou les besoins, peuvent être utilisées conjointement ou séparément.
- L'énergie de l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage haute pression est la source principale et sert notamment au fonctionnement parfaitement propre en site urbain.
- L'énergie thermochimique sert à augmenter les performances et l'autonomie d'utilisation en fonctionnement parfaitement zéro pollution.
- L'énergie fossile du réchauffeur à brûleur qui sert :
- à permettre le fonctionnement du groupe de manière autonome,
- à augmenter les performances et l'autonomie d'utilisation en fonctionnement avec injection d'air comprimé, - à remplir le réservoir tout en permettant le fonctionnement du groupe,
- à régénérer le réchauffeur thermochimique lorsque ce dernier est également vide.
- L'énergie électrique qui sert : - notamment à l'entraînement du compresseur lors de la recharge du réservoir d'air comprimé alors que le véhicule est branché sur le réseau domestique 220 V,
- à démarrer le groupe alimenté par la batterie,
- à augmenter ponctuellement le couple moteur si besoin est. Le groupe motocompresseur-motoaitemateur décrit dans ladite demande est également équipé d'un dispositif de contrôle de la course du piston caractérisé en ce que l'axe des cylindres opposés, et le point fixe du levier à pression sont sensiblement alignés sur un même axe, et caractérisé en ce que l'axe de la bielle de commande reliée au vilebrequin est positionné d'autre part non pas sur l'axe commun des bras articulés mais sur le bras lui-même entre l'axe commun et le point fixe ou pivot. De ce fait le bras inférieur et sa symétrie représentent un bras unique avec le pivot, ou point fixe, sensiblement en son centre et deux axes à chacune de ses extrémités libres reliées aux pistons opposés.
La demande de brevet 000/4555 se rapporte au dialogue entre les organes électriques ou électroniques d'une installation mobile ou fixe et plus particulièrement de véhicules automobiles.
Le déposant a acquis les droits concernant ladite demande enregistrés à l'Inpi sous le Nr 0701.02 125132 concernant un système de dialogue autonome qui v^ r -. „ PCT/FR03/00898 mesurant les tensions, les courants, Ja présence de charges, ainsi que les défauts
Ledit système est caractérisé en ce que chaque organe comporte : - Un émetteur récepteur radio
- Un microprocesseur de gestion et de dialogue autonome
- Une alimentation continue et communique avec les autres organes et plus particulièrement avec ¥ organe de commande par ondes radio modulées, par exemple par modulation ASK, FSK ou autres.
Cette disposition permet ainsi de communiquer aux différents éléments électriques ou électroniques d'une installation, les différents ordres de commutation de même qu'il permet d'effectuer des mesures physiques, de détecter en retour toute anomalie de fonctionnement d'un élément considéré et de les transmettre aux autres organes.
Chaque organe du circuit d'émission et/ou de réception radio est modulé en fréquence et comporte un code d'identification propre. La construction du signal à émettre est réalisée par un microprocesseur contenu dans chaque organe, te signal est ensuite amplifié par un circuit électronique avant sa propagation par l'antenne à tous les autres organes.
Le microprocesseur construit de façon analogique les signaux radio à émettre et analyse les signaux radio reçus et construit une trame numérique qui est ensuite décodée afin d'obtenir les différentes données tels que le code de l'organe émetteur, le code de l'organe destinataire, l'ordre à exécuter, les différentes données et paramètres et la clé de cette trame.
La trame numérique est reçue par tous les organes et les microprocesseurs desdits organes récepteurs comparent leur code d'identification propre à celui contenu dans la trame, de telle sorte que l'organe concerné est le seul à exécuter l'ordre émis. Si Ja trame numérique reçue est destinée à cet organe, le microprocesseur interne à celui-ci regarde si celle-et n'est pas erronée. Pour ce faire, le microprocesseur calcule une clé numérique à l'aide de tous les bits contenus dans la trame reçue et la compare à la clé contenue dans la trame elle-même. Si le résultat donne la valeur zéro c'est que la trame reçue ne contient pas d'erreur de transmission. A cette étape, le microprocesseur exécute l'ordre contenu dans la trame reçue et envoie un accusé de réception à l'organe émetteur. Pour rémission d'informations, l'organe construit, par le biais de son microprocesseur interne, une trame numérique puis la transforme avec une onde porteuse en un signal analogique. Le signal analogique ainsi obtenu est amplifié puis propagé par l'antenne à tous les autres organes et notamment à l'organe de commande ou de contrôle. Avantageusement, la liaison radio du système de dialogue est établie à travers un conducteur reliant tous les organes entre eux permettant ainsi d'éviter tout brouillage.
La trame numérique construite par le microprocesseur contient le code de l'organe destinataire, le code de l'organe émetteur, l'ordre, les données, les paramètres ainsi que la clé de la trame. Par ce mode de codage, chaque organe peut connaître qui émet et qui est destinataire.
La présente invention se rapporte à l'utilisation et aux modes d'exploitation de groupes motocompressseur-motoalternateur et de systèmes de communication tels que décrits ci-dessus pour obtenir des groupes de cogénération particulièrement efficaces.
Le groupe de cogénération individuel, selon l'invention utilise le groupe motocompresseur-motoalternateur équipé d'un réchauffeur thermique fonctionnant d'une manière autonome, sans utiliser l'air comprimé haute pression contenu dans le réservoir de stockage, en prélevant de l'air comprimé fourni par un ou plusieurs des étages de compression selon les pressions de travail souhaitées, cet air comprimé est ensuite réchauffé dans le système de réchauffe où sa température va s'accroître avec pour conséquence d'augmenter son volume et/ou sa pression, puis réinjecté dans les chambres d'expansion des cylindres moteurs pour permettre le fonctionnement du groupe en se détendant et en produisant le temps moteur ; il est caractérisé en ce que le chauffage de l'habitation concernée est utilisé comme réchauffeur thermique permettant le fonctionnement du moteur qui fournit l'électricité par l'utilisation du motoaltemateur intégré au volant d'inertie dud'rt groupe.
Ledit chauffage de l'habitation peut être soit un chauffage gaz ou charbon, ou biomasse ou autre sans changer pour autant le principe de l'invention. Selon une variante de l'invention, le groupe de cogénération utilise avantageusement des procédés thermochimiques basés sur des procédés d'absorption et de desorption, tels que ceux décrits ci-dessus pour permettre le fonctionnement du groupe alors que le chauffage de l'habitation est inactivé.
Selon une variante de l'invention, le groupe motocompresseur-motoalternateur est équipé d'un réchauffeur thermique à brûleur, ou autre, et d'un réchauffeur thermochimique de type précédemment cité pouvant être utilisé conjointement ou successivement lors de la phase 1 du réchauffeur thermochimique où le réchauffeur thermique à brûleur va permettre de régénérer (phase 2) le réchauffeur thermochimique lorsque ce dernier est vide en réchauffant son réacteur durant la poursuite du fonctionnement du groupe avec l'utilisation du réchauffeur à brûleur.
Selon une variante de l'invention, le groupe motocompresseur-motoalternateur est équipé d'un réservoir d'air comprimé haute pression permettant lors d'une panne d'alimentation de pouvoir faire fonctionner le groupe en tant que groupe électrogène de secours et de produire l'électricité de l'habitation.
Selon une variante de l'invention, chaque maison d'un groupe d'habitations constituant par exemple un lotissement urbain est équipé d'un groupe de cogénération individuel selon l'invention et chaque groupe de cogénération est relié aux autres par un conducteur électrique constituant un réseau de proximité ; une centrale de gestion d'énergie est installée pour permettre de gérer la fourniture de l'électricité à chacune des habitations ainsi regroupées à partir d'un ou de plusieurs groupes qui pourront être activés successivement ou alternativement en fonction des besoins globalisés de l'ensemble des habitations du réseau.
Avantageusement, la centrale de gestion selon l'invention est équipée du système de communication tel que décrit plus haut en page 8 à 11.
Pour illustrer le réseau de proximité selon l'invention, et pour l'exemple, l'on peut considérer que 10 habitations d'un même lotissement sont chacune équipée d'un groupe de cogénération de 15 Kw représentant au total un ensemble de 150 Kw. En période creuse la nuit par exemple, où la consommation électrique moyenne de chaque habitation est de par exemple 1 Kw, soit 10 Kw au total, un seul des groupes de cogénération est activé par la centrale de gestion et alimentera en électricité toutes les habitations du réseau de quartier.
Pour répartir l'usage desdits groupes, la centrale automatiquement comptabilisera les heures de fonctionnement de chacun d'eux et activera les groupes selon les besoins, l'un après l'autre successivement et/ou alternativement.
La centrale selon l'invention est équipée de dispositifs de comptages permettant de répartir aux justes coûts auprès de chaque utilisateur les dépenses d'énergie.
Au matin et au fur et à mesure de la demande d'électricité de chaque habitation, un deuxième puis un troisième groupe de cogénération (et ainsi de suite) seront activés par la centrale pour permettre de satisfaire les besoins du lotissement.
En hiver, les besoins en chauffage de chaque habitation pouvant être différents, la centrale choisira en priorité de faire fonctionner les groupes de cogénération des habitations utilisant du chauffage.
De même l'installation de groupe de cogénération en réseau de proximité selon l'invention peut également être réalisée dans un immeuble où chaque logement est équipé d'un chauffage individuel où le réseau interne à l'immeuble sera régi de la même manière que les habitations du réseau de proximité tel que décrit ci-dessus.
De même, des groupes de cogénération en réseau de proximité peuvent être installés dans des groupes d'immeubles possédant chacun un chauffage central collectif où chaque immeuble sera équipé d'un groupe de cogénération de forte puissance produisant l'électricité pour son propre immeuble et/ou d'autres immeubles, où la centrale de gestion gérera le fonctionnement du réseau de la même manière que décrit ci-avant pour des habitations individuelles.
Selon une variante de l'invention un groupe de cogénération de forte puissance par exemple de plus de 600 cv utilisé soit dans un seul immeuble soit dans un réseau de groupe d'immeuble est avantageusement remplacé par un ensemble de groupes de cogénération de faible puissance par exemple 12 unités de 50 cv réunis et connectés entre eux par tous moyens et géré par une centrale de gestion d'énergie telle que décrite plus haut où chacune des unités de ce groupe sera alors actionnée successivement l'une après l'autre en fonction des besoins d'énergie de l'immeuble.
D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de Ja description, à titre non Jimitatif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins annexés où :
- La figure 1 représente schématiquement vu en coupe transversale l'équipage mobile du groupe motocompresseur-motoalternateur à son point mort bas.
- La figure 2 représente vu en coupe transversale le même équipage mobile à son point mort haut.
- La figure 3 représente vu schématiquement à son point mort haut, le groupe motocompresseur-motoalternateur selon l'invention équipé d'un réchauffeur thermique et conçu pour fonctionner de façon autonome.
- La figure 4 représente le même moteur à son point mort bas.
- La figure 5 représente le même groupe où le dispositif de réchauffage est réalisé par la chaudière d'un chauffage central d'une habitation. - La figure 6 représente schématiquement Je groupe équipé de ses moyens de production d'électricité.
- La figure 7 représente un groupe d'habitations reliées en réseau de quartier.
- La figure 8 représente un groupe de cogénération de forte puissance constitué par un ensemble de 9 unités ou groupes de cogénération de faible puissance selon l'invention.
Les figures 1 et 2 représentent, vue schématiquement en coupe transversale, l'architecture de l'équipage mobile du groupe selon l'invention comportant deux pistons et cylindres opposés sensiblement sur le même axe XX' où l'on peut voir les pistons 1 et 1A à deux étages comportant chacun un premier étage moteur constitué d'une calotte de grand diamètre 2 et 2A équipées de segments d'étanchéité 3 et 3A et coulissant dans leur cylindre moteur ou de détente 4 et 4A, et un deuxième étage de compression 5 et 5A, concentrique, constitué d'une sorte d'axe de plus petit diamètre, également équipé de segments d'étanchéité 6 et 6A, et coulissant dans les cylindres de compression 7 et 7A, chaque piston comportant également des bossages 8 et 8A permettant de les relier par un axe, dit axe de piston, 9 et 9A au système bielle manivelle par des bielles de liaison 10 et 10A, elles-mêmes reliées par un axe commun 11 et 11A aux deux extrémités libres d'un bras 12 monté oscillant, sensiblement en son centre et sur un axe fixe 12A, situé sensiblement sur l'axe des cylindres X,X' ; l'axe fixe 12A divise ainsi le bras 12 en deux demi-bras 12B et 12C. Sur l'un des deux demi-bras ici le 12 B est attaché par un axe 12D, une bielle 13 de commande reliée au aneton 13A d'un vilebrequin 14 tournant sur son axe 15. Lors de la rotation (sens de la flèche) du vilebrequin, la bielle de commande 13 exerce un effort sur l'axe 12D, provoquant le déplacement du bras oscillant 12 permettant ainsi le déplacement des pistons 1 et 1A suivant J'axe des cyJïndres 4, 4A, 6, 6A, ou encore de l'axe XX' du point mort bas (figure 1) vers le point mort haut (figure 2), et transmet en retour au vilebrequin 14, les efforts exercés sur les pistons 1 et 1A, lors du temps moteur du point mort haut vers le point mort bas provoquant ainsi la rotation dudit vilebrequin. Lorsque les pistons sont à leur point mort haut (figure 2) les bielles de liaison 10 et 10A et le bras oscillant 12 sont alignés sur l'axe XX'. Dans cette position la distance entre le maneton 13A du vilebrequin et l'axe XX' est quasi identique durant une partie de la rotation du vilebrequin contrôlant ainsi la course des pistons qui restent arrêtés à leur position point mort haut durant une période de temps importante.
La figure 3 représente un groupe motoco presseur-motoalternateur pourvu d'un des équipements possibles pour un fonctionnement autonome sans réservoir de stockage d'air comprimé haute pression, où l'on peut voir le groupe selon l'invention, équipé de son réchauffeur 29 alimenté en énergie fossile par une bouteille de gaz 30 et dans lequel les échappements 18 et 18A sont- reliés par le conduit 22 au clapet d'admission 19A du cyiindre de compression 6A alors que le clapet d'échappement 20A dudit cylindre de compression 6A est relié à la capacité tampon 27 à travers le conduit 25 et le réchauffeur thermique 29.
Lorsque le piston est au point mort haut, figure 3, les injecteurs d'air sont commandés et ia pression augmente dans les chambres d'expansions 15 et 15A, les pistons 1 et 1A sont alors repoussés vers leur point mort bas en effectuant le temps moteur, lors de la course ascendante des pistons, figure 4, les soupapes d'échappement 17 et 17A sont ouvertes et l'air détendu est repoussé et recomprimé vers le cylindre de compression 6A à travers les échappements 18, le conduit 22, le radiateur 22E et le clapet d'admission du cylindre de compression 6A, l'air pénétrera dans le cylindre 6A dès l'arrivé des pistons au point mort haut alors que l'air comprimé au cycle précédent dans le cylindre de compression 6A est refoulé vers le réchauffeur 29 où- il va augmenter de pression et/ou de volume pour être introduit dans la capacité tampon 27 afin d'alimenter les injecteurs 16 et 16A. Sur le circuit d'échappement un clapet de surpression 21 D permet de contrôler la pression d'admission dans le cylindre de compression 6A et d'échapper à l'atmosphère le surcroît d'air comprimé.
La figure 5 représente de manière très schématique le groupe de cogénération selon l'invention utilisant pour son dispositif de réchauffe une chaudière individuelle de chauffage central d'une habitation où l'on peut voir le groupe motocompresseur- motoaîternateur pourvu d'un des équipements possibles pour un fonctionnement autonome sans réservoir de stockage d'air comprimé haute pression, où l'on peut voir le groupe selon l'invention, dans lequel les échappements 18 et 18A sont reliés par le conduit 22 au clapet d'admission 19A du cylindre de compression 6A alors que le clapet d'échappement 20A dudit cylindre de compression 6A est relié à la capacité tampon 27 à travers Je conduit 25 et Ja chaudière individueJie de chauffage central de l'habitation 32.
Lorsque le piston est au point mort haut, figure 5, les injecteurs d'air sont commandés et la pression augmente dans ies chambres d'expansions 15 et 15A, les pistons 1 et 1A sont aiors repoussés vers leur point mort bas en effectuant le temps moteur, lors de la course ascendante des pistons, les soupapes d'échappement 17 et 17A seront ouvertes et l'air détendu sera repoussé et recomprimé vers le cylindre de compression 6A à travers les échappements 18, le conduit 22, ie radiateur 22E et le clapet d'admission du cylindre de compression 6A, l'air pénétrera dans le cylindre 6A dès J'arrive des pistons au point mort haut aiors que l'air comprimé au cycle précédent dans le cylindre de compression 6A est refoulé vers la chaudière du chauffage central 32, où il va augmenter de pression et/ou de volume pour être introduit dans la capacité tampon 27 afin d'alimenter les injecteurs 16 et 16A. Sur le circuit d'échappement un clapet de surpression 21 D "permet de contrôler la pression d'admission dans le cylindre de compression 6A et d'échapper à l'atmosphère ie surcroît d'air comprimé.
Sur les figures 1 à 5, le motoalternateur permettant la génération de courant du groupe n'est pas représenté, la figure 6 représente schématiquement un groupe teis que ceux décrits sur ies figures précédentes et équipé de son moto-alternateur 48 permettant la production de l'électricité où ie volant moteur 45 comporte des aimants permanents 46, 46A , 46B, qui lors de la rotation vont défiler devant des électroaimants 47, 47A, 47B, 47C, 47D, et produire l'électricité objet du fonctionnement du groupe de cogénération décrit.
La figure 7 représente un réseau de proximité où l'on peut voir un groupe de 6 habitations constituant par exemple un lotissement urbain où chaque habitation est équipée d'un groupe de cogénération selon l'invention 40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40E, et chaque groupe de cogénération est relié aux autres par un conducteur électrique 41 constituant un réseau de proximité; une centrale de gestion d'énergie 42 est instaJJée pour permettre de gérer ia fourniture de l'électricité à chacune des habitations ainsi regroupées à partir d'un ou de plusieurs groupes qui pourront être activés successivement ou alternativement en fonction des besoins globalisés de l ensembie des habitations du réseau.
La figure 8 représente un groupe de cogénération de forte puissance par exemple 450 cv constitué selon l'invention de 9 unités de petits groupes de cogénération de 50cv tels que décrits plus haut , 40, 40A, 40B, 40C, 40D, 40e, 40F, 40G, 40H et possédant chacun leur motoalternateur leur système d'alimentation et de réchauffeur thermique, non représentés et montés dans un rack 43, reliés par des conducteurs électriques 41 à une centrale de gestion 42 elle-même raccordée au réseau électrique de l'immeuble par des moyens appropriés 44 ou autre installation de telle sorte qu'au fur et à mesure des besoins énergétiques la centrale va démarrer et activer l'un après l'autre ies unités de ce groupe.
Le nombre d'unité de cogénération constituant le groupe n'est nullement limité aux exemples décrits ci-dessus et permet d'ajuster en jouant sur la puissance de chaque unité, et Je nombre de ces unités, ia puissance globale aux besoins quels qu'ils soient. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisations décrits et représentés : les matériaux, les moyens de commande, ies dispositifs décriis peuvent varier dans Ja limite des équivalents, pour produire les mêmes résultats, de même que le nombre de logements et ou d'habitations mises en réseau de proximité, ieur distances entre eues et Jes puissances installées, sans pour cela changer l'invention qui vient d'être décrite. Bien que plus particulièrement adapté à l'utilisation des groupes motocompresseur-motoalternateur désignés et décrits ainsi qu'au système de communication, il sera possible sans pour autant changer le principe de l'invention qui vient d'être décrite d'utiiiser des moteurs de fonctionnement divers et des systèmes de gestion d'énergie différents.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Groupe de cogénération utilisant préférentiellernent un groupe motocompresseur-motoaSternateur équipé d'un réchauffeur thermique fonctionnant d'une manière autonome, en prélevant de l'air comprimé fourni par un ou plusieurs des étages de compression selon les pressions de travail souhaitées, cet air comprimé est ensuite réchauffé dans un système de réchauffe (29) où sa température va s'accroître avec pour conséquence d'augmenter son volume et/ou sa pression, puis réinjecté dans ies chambres d'expansion des cylindres moteurs (15, 15A) pour permettre te fonctionnement du groupe en se détendant et en produisant Je temps moteur, caractérisé en ce que le chauffage de l'habitation concernée (32), quelle que soit son énergie de fonctionnement à l'exclusion de l'électricité, est utilisé comme réchauffeur thermique permettant le fonctionnement du otocompresseur du groupe, qui fournit l'électricité par l'utilisation d'un générateur d'électricité.
2.- Groupe de cogénération selon la revendication 1 caractérisé en ce que le générateur 'électricité est un motoalternateur (48) intégré autour du volant d'inertie (45) dudit groupe.
3.- Groupe de cogénération selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que te groupe motocompresseur-motoalternateur est équipé d'un réservoir d'air comprimé haute pression permettant lors d'une panne d'alimentation d'énergie de pouvoir faire fonctionner ie groupe en tant que groupe élecfrogène de secours et de produire l'électricité de l'habitation,
4.- Réseau de proximité utilisant des groupes de cogénération selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque maison d'un groupe d'habitations constituant par exemple un lotissement urbain est équipé d'un groupe de cogénération individuel selon l'invention et chaque groupe de cogénération est relié aux autres par un conducteur électrique (41) constituant un réseau de proximité ; une centrale de gestion d'énergie (42) est installée pour permettre de fournir de l'électricité à chacune des habitations ainsi regroupées à partir d'un ou de plusieurs groupes qui pourront être activés successivement et/ou alternativement en fonction des besoins globalisés de l'ensemble des habitations du réseau.
5.- Réseau de proximité selon la revendication 4 caractérisé en ce que la centrale de gestion d'énergie utilise un système de communication entre les organes électriques ou électroniques de l'installation où chaque organe comporte :
- un émetteur récepteur raoio
- un microprocesseur de gestion et de dialogue autonome - une alimentation continue et communique avec les autres organes et plus particulièrement avec l'organe de commande par ondes radio modulées, par exemple par modulation ASK, FSK ou autres, et dans iequei : - chaque organe du circuit d'émission et/ou de réception radio est moduié en fréquence et comporte un code d'Identification propre alors que la construction du signal à émettre est réalisée par un microprocesseur contenu dans chaque organe et que ledit signai est ensuite amplifié par un circuit électronique avant sa propagation par l'antenne à tous les autres organes. - te microprocesseur construit de façon analogique les signaux radio à émettre, analyse ies signaux radio reçus et construit une trame numérique qui est ensuite décodée aP" d'obtenir les différentes données tels que le code de l'organe émetteur, le code de l'organe destinataire, l'ordre â exécuter, ies différentes données et paramètres et la clé de cette trame. - l'organe récepteur exécute l'ordre contenu dans ia trame reçue et envoie un accusé de réception à l'organe émetteur par le biais de son microprocesseur Interne qui construit une trame numérique qui est ensuite transformée en un signal analogique qui est amplifié puis propagé par l'antenne à tous ies autres organes et notamment à l'organe émetteur. - la liaison radio du système de dialogue est établie à travers un conducteur reliant tous les organes entre eux permettant ainsi d'éviter tout brouillage.
6.- Groupe de cogéπératlorï installé en réseau de proximité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par son installation dans un immeuble d'habitation où chaque logement est équipé d'un chauffage indsvidue! et d'un groupe motocompresseur-motoaiterπaîeur, où le réseau interne à l'immeuble sera régi de la même manière que dans les habitations du réseau de proximité tel que décrit dans la revendication 3.
7.- Groupe de cogénération InstaJïé en réseau de proximité selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par son installation dans un groupe d'Immeubles d'habitations possédant chacun un chauffage central collectif, où chaque immeuble sera équipé d'un groupe de cogénération de forte puissance prc Jufssnî l'électricité pour son immeuble propre et/ou d'autres immeubles dudit réseau de proximité où la centrale de gestion gérera ie fonctionnement du réseau de la même manière que décrit ci-avant pour des habitations Individuelles.
8.- Groupe de cogénération de forte puissance selon l'une quelconque des revendications précédentes pouvant être installé dans un Immeuble caractérisé en ce qu'il est constitué par un ensemble de groupes de cogénération de faible puissance (40, 40A à 40F) réunis et connectés entre eux par tous moyens et gérés par une centrale de gestion d'énergie (42) où chacune des unités de ce groupe sera alors actionnée successivement, i'une après l'autre, en fonction des besoins d'énergie de l'immeuble.
9.- Groupe de cogénération en réseau de proximité selon i'une quelconque des revendications 4 à 8 appliqué avec l'utilisation de motoalternateur de type conventionnel.
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