EP3191693B1 - Système de production d'énergie basée sur un cycle de rankine - Google Patents

Système de production d'énergie basée sur un cycle de rankine Download PDF

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EP3191693B1
EP3191693B1 EP15763887.5A EP15763887A EP3191693B1 EP 3191693 B1 EP3191693 B1 EP 3191693B1 EP 15763887 A EP15763887 A EP 15763887A EP 3191693 B1 EP3191693 B1 EP 3191693B1
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EP
European Patent Office
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exchanger
working fluid
outlet
injector
fluid
Prior art date
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Active
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EP15763887.5A
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German (de)
English (en)
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EP3191693A1 (fr
Inventor
Stéphane Colasson
Nicolas Tauveron
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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    • 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
    • F01K25/08—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 special vapours

Definitions

  • the present invention relates to systems for producing electrical or mechanical energy.
  • thermodynamic cycle of Rankine It finds for advantageous application the systems of production of energy of small power, calling upon a thermodynamic cycle of Rankine. It will apply, for example, to the production of energy from thermal discharges produced by factories, by vehicle engines or from heat from systems recovering from solar energy or from biomass.
  • Rankine cycles are all based on transformations comprising successively: the pumping of a working fluid in liquid form, the creation of steam and its possible overheating, expansion of the steam to generate movement and condensation of the steam.
  • the working fluid can be chosen from water, carbon dioxide or an organic fluid. In the latter case, we speak of the Rankine organic cycle.
  • the majority of thermal electrical production systems are based on the use of such cycles.
  • thermodynamic cycle it is on this type of thermodynamic cycle that the majority of nuclear power plants, coal thermal power plants, or even heavy fuel oil thermal power plants, are based in order to produce high powers.
  • the hot springs have a very high power and temperature.
  • thermal waste at low temperature, that is to say thermal waste whose temperature is most often below 200 ° C or even below 150 ° C.
  • Systems based on a Rankine cycle would theoretically allow the production of electrical or mechanical energy from these thermal discharges.
  • the powers that could be produced would then be relatively low, typically of the order of a few kilowatts to a hundred kilowatts for thermal discharges lower than one megawatt, because of the low thermodynamic efficiency.
  • FIG. 1 illustrates the system according to this prior art. In this case it is a subcritical cycle.
  • This circuit includes a pump 150, a hot exchanger 110, an expander 120 and a cold exchanger 130 arranged so as to perform a Rankine cycle as indicated above.
  • the circuit includes an injector 100 and an additional pump 152.
  • the output of the injector 100 is connected to the input of the cold exchanger 130 (condenser).
  • the two inputs of the injector 100 are connected on the one hand to the output of the expander 120 and on the other hand to the output of the additional pump 152 whose input is connected to the output of the cold exchanger 130 .
  • this second pump 152 at the injector inlet 100 complicates the installation and reduces the overall efficiency.
  • the present invention relates to a system for producing electrical or mechanical energy comprising a fluid circuit in which an organic working fluid circulates and comprising a plurality of members traversed by the working fluid and among which: at least a first heat exchanger configured to be thermally coupled to at least a first heat source, an expander whose inlet is fluidly connected to an outlet of the first exchanger, a second heat exchanger configured to be thermally coupled to a second heat source cooler than the first heat source and a pump, the circuit being configured so that the working fluid set in motion by the pump passes successively through at least the pump, the first exchanger, the expander and the second exchanger, then again the pump.
  • the system comprises an injector comprising: a first inlet fluidly connected to an outlet of the second heat exchanger heat, a second inlet fluidly connected to the outlet of the first exchanger and an outlet fluidly connected to an inlet of said pump.
  • the system is configured so that the second inlet of the injector is fluidly connected downstream of the first exchanger and strictly upstream of the expander. Upstream and downstream at a given point are taken with reference to the direction of circulation of the fluid in the circuit.
  • the second inlet of the injector is fluidly connected between the outlet of the first exchanger and the inlet of the expander.
  • the invention thus makes it possible to raise the pressure of the working fluid at the pump inlet. This relieves her and therefore reduces her consumption. Furthermore, the price and the complexity of a pump increasing significantly with the power that it must develop, the invention makes it possible, for an identical or substantially identical yield, to significantly reduce the price and the complexity of the pump.
  • circuit proposed by the invention makes it possible to increase the cavitation margin at the level of the pump, making the system more reliable and reducing wear on the pump.
  • the invention thus provides an effective solution for recovering thermal waste having relatively low temperatures.
  • the second inlet of the injector is fluidly connected downstream of the first exchanger and strictly upstream of the expander.
  • the second inlet of the injector is not connected downstream of the expander or to the expander itself, for example an intermediate stage of the latter.
  • the system is configured so that at the outlet of the first exchanger the working fluid is brought into a supercritical state.
  • the system is configured so that the pressure and the temperature of the working fluid leaving the first exchanger are higher than the pressures and critical temperatures of the working fluid.
  • the fluid is thus brought beyond its critical point.
  • the system then operates according to a supercritical Rankine cycle.
  • the temperature difference between the working fluid and the hot source is then less resulting in a lower energy dissipation.
  • the overall efficiency of the system is then improved while retaining high reliability and limited complexity.
  • the working fluid is an organic fluid.
  • organic fluid is understood to mean a fluid composed of molecules or of a mixture of molecules consisting of atoms of carbon, of hydrogen and possibly of other atoms such as for example oxygen, fluorine, nitrogen, chlorine, bromine.
  • the working fluid is not an organic fluid.
  • a fluidically connected to B does not necessarily mean that there is no organ between A and B.
  • the process can have any of the optional features and steps set out below which can be taken separately or in combination:
  • the method comprises a step of cooling a cooling fluid thermally coupled to the working fluid by a third heat exchanger, the working fluid flowing in the third heat exchanger being taken off at the outlet of the injector and reinjected at the level from the expander exit.
  • the coolant cools an alternator coupled to the expander.
  • the invention makes it possible to make profitable the use of thermal discharges at low temperature, while requiring few energy resources.
  • the present invention provides a simplified, inexpensive system with low energy consumption, while having improved energy efficiency without however overloading the pump or increasing the cost and complexity of the system.
  • the operation of the injector 140 resides on a simple and passive principle: the second fluid (gaseous and coming from the outlet 110b of the first exchanger 110) with high energy drives a fluid with low energy (liquid and coming from the outlet 130b of the second exchanger 130) and makes it possible to raise the pressure of the latter without requiring a drive member such as a pump.
  • the injector 140 is positioned so as to allow a simplification of production while optimizing the energy efficiency.
  • the outlet 140b of the injector 140 is connected to the inlet of the pump 150.
  • the second inlet 140c of the injector 140 is connected to the outlet 110b of the first exchanger 110.
  • the connection socket at the outlet 110b of the first exchanger 110 thus makes it possible to introduce into the injector of the fluid having a high energy, in particular a high pressure. Furthermore, this configuration simplifies the construction of the circuit.
  • the temperature of the hot source 170 is less than 200 ° C and preferably less than 150 ° C and the temperature of the cold source 180 is less than 50 ° C and preferably of the order of 30 ° C.
  • the temperature of the cold source 180 is higher than the ambient temperature and more generally of the order of the ambient temperature.
  • the maximum temperature is that of the outlet of the expander 120, that is to say a little less than 150 ° C.
  • the minimum temperature is that of the pump 150 outlet, that is to say a little higher than the ambient temperature.
  • the maximum temperature is that of the outlet of the turbine or other expander (120), that is to say intermediate, between the temperatures of the hot (150 ° C) and cold (30 ° C) sources.
  • the minimum temperature of the second exchanger 130 is that of the temperature of the cold source 180, that is to say, in general the ambient temperature.
  • the present invention makes it possible to reduce the power consumed by the pump 150.
  • the power consumed by the pump 150 is large enough to seek to drastically reduce it and therefore increase the yield.
  • the injector 140 is also used to reduce the driving height to be provided by the pump 150.
  • Another advantage of the present invention is also to have a lower investment cost for the pump 150 which generally represents a significant part of the overall cost of the installation. This cost is directly linked to the power of said pump 150. It is generally not strictly proportional to the power, but remains increasing with the latter.
  • An additional advantage of the invention is also to reduce the risk of cavitation in the pump.
  • the inlet pressure in the pump 150 is higher in the case of the invention 150.
  • the cavitation margin for a given installation is expressed by the difference between the inlet pressure minus the pressure of saturation vapor and a characteristic value of the pump 150 (NPSH: net positive suction head).
  • NPSH net positive suction head
  • This difference ⁇ P / P is of the order of a few ⁇ T / T, while it has been observed that the injector 140 connected as provided for in the invention can save up to 50% in inlet pressure.
  • the system comprises an additional exchanger 230.
  • the additional exchanger 230 comprises a first inlet 231a fluidly connected to the outlet 120b of the expander 120 and a first outlet 231b fluidly connected to the inlet 130a of the second heat exchanger 130.
  • the additional exchanger 230 comprises a second inlet 232a fluidically connected to the outlet 150b of the pump 150 and a second outlet 232b fluidly connected to the inlet 110a of the first heat exchanger 110.
  • This additional exchanger 230 makes it possible to use part of the energy remaining in the fluid after passing through the expander 120 to preheat the liquid at the outlet of the pump 150.
  • This additional exchanger 230 thus acts as an economizer. Interest is a gain on the yield of the installation. It is an internal exchanger in the cycle: the working fluid exchanges with itself.
  • the first exchanger 110 preferably of the hot exchanger type, can be produced in at least two separate parts, for example using two exchangers 110 ′, 110 ".
  • Exchangers 110 ′, 110 designated primary exchanger 110 ′ and exchanger secondary 110 "are preferably connected in series.
  • the inlet 110'a of the primary exchanger 110 '(corresponding to the inlet 110a of the first exchanger 110) is preferably fluidly connected to the outlet 150b of the pump 150.
  • the outlet 110'b of the primary exchanger 110 ' is preferably fluidly connected to the inlet 110 "a of the secondary exchanger 110".
  • the outlet 110 "b of the secondary exchanger 110" (corresponding to the outlet 110b of the first exchanger 110) is fluidly connected to the inlet 120a of the expander 120.
  • the primary exchangers 110 'and secondary 110 "forming the first exchanger 110 are each thermally coupled to the same heat source 170.
  • one of the exchangers 110 ' is used to heat the fluid under subcritical conditions, while the other 110 "is used to make the complement.
  • the first advantage is to allow a better match between the working fluid and the first exchanger 110 and thus increase the efficiency of the exchanger, by reducing the pinching in temperature between the heat source 170 and the working fluid.
  • the second advantage is then to be able to possibly use two different exchangers 110 ′, 110 ′′ , as illustrated in figure 2d , which would have different temperatures thanks to 170 different heat sources, 270 and different flow rates.
  • the inlet 110'a of the primary exchanger 110 ' (corresponding to the inlet 110a of the first exchanger 110) is preferably fluidly connected to the outlet 150b of the pump 150.
  • the outlet 110'b of the exchanger primary 110 ' is preferably fluidly connected to the inlet 110 "from the secondary exchanger 110".
  • the outlet 110 "b of the secondary exchanger 110" (corresponding to the outlet 110b of the first exchanger 110) is fluidly connected to the inlet 120a of the expander 120.
  • the primary exchangers 110 'and secondary 110 "forming the first exchanger 110 are not thermally coupled to the same heat source 170.
  • the primary exchanger 110 ' is thermally coupled to a primary heat source 270 and the secondary exchanger 110" is thermally coupled to a secondary heat source 170.
  • the temperature of the hot source being given the working fluid will be chosen optimally in order to best correspond to the characteristics of the first exchanger 110 and in particular to the temperature of the hot fluid of this first exchanger 110.
  • the critical temperature of the chosen working fluid is slightly lower than the temperature of the hot fluid in this first exchanger 110.
  • the underlying idea is that the critical temperature must be slightly exceeded for the efficiency of the installation to be optimized.
  • the fluid has a difference ( ⁇ ) between the temperature of the heat source 170 of the first exchanger 110 and the critical temperature of the working fluid; said difference ( ⁇ ) being between 20 ° C and 70 ° C. This range allows for a particularly high yield.
  • the splitting of the expander 120 into two parts, using two expanders in series may be advantageous in order to use for the injector 140 this intermediate pressure at high pressure and, therefore, make work in the expander the entire working fluid. This leads to a higher yield.
  • the figure 3 illustrates a particular embodiment in which the system comprises a hermetic expander 300 composed of the expander 120, the shaft 190 and the alternator 200 as well as a cooling circuit of the hermetic assembly.
  • the cooling circuit is connected on the one hand to the outlet 140b of the injector 140 and on the other hand to the outlet 120b of the expander 120.
  • It comprises a third heat exchanger 160 whose inlet 160a is connected to the outlet 140b of the injector 140 and the outlet 160b of which is connected to the outlet 120b of the expander 120.
  • the system is configured so that the outlet pressure 160b of the third exchanger 160 is greater than the outlet pressure of the expander 120, thus ensuring that the fluid flows through the third exchanger 160 from its outlet 160a to its inlet 160b.
  • the injector 140 there is thus a cold fluid having a raised pressure without introducing an additional pump. Part of this cold fluid is thus recovered at the outlet 140b from the injector 140 and can be used in order to cool an auxiliary member such as for example a motor or an energy conversion device coupled to the expander 120.
  • an alternator 200 acting as an energy conversion device for transforming the mechanical movement of expander 120 into electricity, most often in the form of a volumetric expander.
  • the third heat exchanger 160 is configured to cool the hermetic expander 300 to an acceptable temperature level.
  • the latter is traversed by a heat transfer fluid which makes it possible to maintain the temperature of the hermetic expander at an acceptable level.
  • the invention thus provides an effective solution for increasing the overall efficiency of the system. without reducing its reliability and stability.
  • the cooling circuit makes it particularly advantageous to cool, for example, an alternator 200 or an engine operating in reverse mode (in the case of a compressor operating as an expander) comprising a stator 210.
  • the third exchanger of heat 160 makes it possible to cool, thanks to the working fluid taken from the outlet 140b of the injector 140, a fluid circulated around the stator 210.
  • One of the advantages of the invention is thus to have an intermediate pressure level for the auxiliary members such as an alternator or an engine. Indeed, if we only had one high level to supply a cooling circuit, the work carried out in the pump 150 would be consumed. Thanks to the injector 140, cold fluid is available without significantly impacting the pump 150.
  • the power of the first exchanger 110 is 150 kW; the working fluid is preferably R134a (one of the main constituents of this fluid is for example 1,1,1,2-Tetrafluoroethane); the maximum pressure is 50 bars; the maximum temperature is 130 ° C; the minimum pressure is 10.17 bars; the minimum temperature is 30 ° C; the gross power of 16.9 kW; the power to be evacuated by the 2kW cooling system; the cooling temperature 76.3 ° C; the drive flow ratio is 20. This ratio corresponds to the ratio between the vapor flow rate and the liquid flow rate. It is measured, for example, using two flow meters. Furthermore, the efficiency of the injector 140 is 34.73%.
  • exergy yield in other words the ratio between the exergy at the outlet of the injector 140 and the exergies upstream of the latter.
  • This report can be evaluated from a thermal balance of the installation. It will be recalled that the exergy in thermodynamics is defined as being a quantity making it possible to measure the quality of an energy.
  • the first heat exchanger 110 that is to say the hot exchanger allows the working fluid to absorb the calories of a thermal rejection fluid.
  • the hot fluid is therefore the thermal rejection fluid and the cold fluid is the working fluid.
  • Numerical values relating to the first exchanger 110 are indicated in Table 2, by way of nonlimiting example of the invention. ⁇ i> Table 2: Numerical values characterizing the hot exchanger 110 ⁇ /i> Hot fluid Cold fluid Nature of the working fluid Discharge fluid R134a Flow (kg / s) 1.25 0.7228 High temperature (° C) 150 130 Low temperature (° C) 90 40 Exchanged power (W) 150,000 Product hS (W / K) between the heat transfer coefficient and the heat exchange surface of the heat exchanger (or thermal conductance of the heat exchanger) 6184
  • the second heat exchanger 130 that is to say the cold exchanger, allows the working fluid to evacuate its calories.
  • the hot fluid is therefore the working fluid.
  • the cold fluid can be water.
  • Numerical values relating to the second heat exchanger 130 are indicated in Table 3, by way of nonlimiting example of the invention. ⁇ i> Table 3: Numerical values characterizing the cold exchanger 130 ⁇ /i> Hot fluid Cold fluid Nature of the working fluid R134a water Flow (kg / s) 0.6979 6.598 High temperature (° C) 58.25 25 Low temperature (° C) 30 20 Exchanged power (W) 137,900 Product hS (W / K) between the heat transfer coefficient and the heat exchange surface of the heat exchanger (or thermal conductance of the heat exchanger) 7823
  • the expander 120 is preferably of the volumetric expander type.
  • the expander 120 is preferably a hermetic scroll compressor. Numerical values relating to the expander 120 are indicated in Table 4, by way of nonlimiting example of the invention.
  • the expander 120 is associated with an energy conversion device such as an alternator 200. ⁇ i> Table 4: Numerical values characterizing the 120 expander ⁇ /i> Nature of the working fluid R134a Flow (kg / s) 0.6879 Inlet temperature (° C) 130 Inlet pressure (kPa) 5000 Discharge pressure (kPa) 1014 Isentropic efficiency (%) 75 Mechanical efficiency and electrical conversion (%) 90
  • the pump 150 is preferably a positive displacement pump. Numerical values relating to the pump 150 are indicated in Table 5, by way of nonlimiting example of the invention. ⁇ i> Table 5: Numerical values characterizing the pump 150 ⁇ /i> Nature of the working fluid R134a Flow (l / min) 37.33 Inlet temperature (K) 310.4 Inlet pressure (kPa) 1400 Discharge pressure (kPa) 5000 Hydraulic efficiency (%) 80 Mechanical efficiency and electrical conversion (%) 90
  • Table 6 Comparison of the characteristics of circuits with an injector 140 (present invention) and without injector (standard case) ⁇ /i> System according to the invention Standard case Energy efficiency (%) 9.395 9.327 Back Work Ratio: ratio between the work consumed by the pump and the work generated by the expander 0.1648 0.1719 Cavitation margin (kPa) 455.4 246.5 Condenser thermal load (kW) 137.9 138
  • the present invention has better performance than the known solutions while having great reliability and a complexity which remains limited.
  • the outlet of the injector is directly connected to the inlet of the pump.
  • a directly connected to B means that the connection is direct and that there is no other intermediate member (pump, exchanger, valve, injector, expander, etc.) between A and B .
  • the invention makes it possible to significantly reduce the cost of systems based on a Rankine cycle, to make them more reliable and robust, while retaining an equivalent or even improved yield.

Description

    DOMAINE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne les systèmes de production d'énergie électrique ou mécanique.
  • Elle trouve pour application avantageuse les systèmes de production d'énergie de petite puissance, faisant appel à un cycle thermodynamique de Rankine. Elle s'appliquera par exemple à la production d'énergie à partir des rejets thermiques produits par des usines, par des moteurs de véhicules ou à partir de la chaleur issue de systèmes récupérant de l'énergie solaire ou issue de la biomasse.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • Il existe de nombreuses solutions pour produire de l'électricité ou une énergie mécanique à partir d'une source de chaleur.
  • Certaines de ces solutions sont décrites dans les documents suivants : CN103775145 , JP H05 118206 , DE 10 2009 03115 .
  • Parmi les solutions connues figurent les machines génératrices basées sur un cycle de Rankine. Les cycles de Rankine reposent tous sur des transformations comprenant successivement: le pompage d'un fluide de travail sous forme liquide, la création de vapeur et sa surchauffe éventuelle, la détente de la vapeur pour générer un mouvement et la condensation de la vapeur. Le fluide de travail peut être choisi parmi l'eau, le dioxyde de carbone ou un fluide organique. Dans le dernier cas, on parle de cycle organique de Rankine. La majorité des systèmes de production électrique thermique sont basés sur l'utilisation de tels cycles.
  • Une machine reposant sur un cycle de Rankine, est, de manière connue, constituée de quatre organes principaux, à savoir :
    • une pompe permettant la mise en circulation du fluide et la remontée de sa pression ;
    • un échangeur chaud exploitant la source de chaleur disponible à valoriser ;
    • un expanseur ou organe de détente transformant la variation d'enthalpie du fluide en travail mécanique, puis en travail électrique en présence d'une génératrice également désignée alternateur ;
    • un échangeur froid permettant la condensation de la vapeur restante après détente.
  • C'est sur ce type de cycle thermodynamique que se base la majorité des centrales nucléaires, des centrales thermiques à charbon, ou encore des centrales thermiques à fuel lourd, afin de produire des puissances élevées. Pour ces applications, les sources chaudes présentent une puissance et une température très élevées.
  • Les industries de transformation, par exemple la métallurgie, la chimie ou encore la papeterie, génèrent des rejets thermiques à basse température, c'est-à-dire des rejets thermiques dont la température est le plus souvent inférieure à 200°C voire inférieure à 150°C. Les systèmes basés sur un cycle de Rankine permettraient théoriquement de produire de l'énergie électrique ou mécanique à partir de ces rejets thermiques. Cependant, les puissances qui pourraient être produites seraient alors relativement faibles, typiquement de l'ordre de quelques kilowatts à une centaine de kilowatts pour des rejets thermiques inférieurs au mégawatt, à cause du rendement thermodynamique faible.
  • A ces niveaux de températures et de puissances il n'existe à ce jour aucune solution de valorisation réellement satisfaisante, en raison des investissements nécessaires et des rendements de conversion qui ne sont pas considérés comme suffisants.
  • Ces rejets thermiques à basse température sont alors en pratique peu exploités et valorisés. Il en est de même pour la chaleur produite par les moteurs thermiques de véhicules terrestres ou nautiques.
  • Une solution a été décrite dans le document CN102562179 . La figure 1 illustre le système selon cet art antérieur. Il s'agit dans ce cas d'un cycle sous-critique. Ce circuit comprend une pompe 150, un échangeur chaud 110, un expanseur 120 et un échangeur froid 130 disposés de manière à effectuer un cycle de Rankine comme indiqué ci-dessus. Par ailleurs, le circuit comprend un injecteur 100 et une pompe additionnelle 152. La sortie de l'injecteur 100 est connectée à l'entrée de l'échangeur froid 130 (condenseur). Les deux entrées de l'injecteur 100 sont connectées d'une part à la sortie de l'expanseur 120 et d'autre part à la sortie de la pompe additionnelle 152 dont l'entrée est connectée à la sortie de l'échangeur froid 130.
  • L'utilisation de cette deuxième pompe 152 en entrée d'injecteur 100 complexifie l'installation et réduit le rendement global.
  • Il existe donc un besoin consistant à proposer une solution permettant de valoriser plus aisément les sources chaudes présentant une température possiblement peu élevée. Plus précisément, il existe un besoin consistant à proposer un système présentant un coût moindre à rendement sensiblement égal ou amélioré et ceci en particulier pour des sources chaudes aux températures relativement faibles.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un système de production d'énergie électrique ou mécanique comprenant un circuit fluidique dans lequel circule un fluide de travail organique et comprenant une pluralité d'organes traversés par le fluide de travail et parmi lesquels : au moins un premier échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à au moins une première source de chaleur, un expanseur dont une entrée est fluidiquement raccordée à une sortie du premier échangeur, un deuxième échangeur de chaleur configuré pour être couplé thermiquement à une deuxième source de chaleur plus froide que la première source de chaleur et une pompe, le circuit étant configuré de manière à ce que le fluide de travail mis en mouvement par la pompe passe successivement par au moins la pompe, le premier échangeur, l'expanseur et le deuxième échangeur, puis à nouveau la pompe.
  • Avantageusement, le système comprend un injecteur comprenant : une première entrée fluidiquement raccordée à une sortie du deuxième échangeur de chaleur, une deuxième entrée fluidiquement raccordée à la sortie du premier échangeur et une sortie fluidiquement raccordée à une entrée de ladite pompe.
  • Avantageusement, le système est configuré de manière à ce que la deuxième entrée de l'injecteur soit fluidiquement connectée en aval du premier échangeur et strictement en amont de l'expanseur. L'amont et l'aval en un point donné sont pris en référence au sens de circulation du fluide dans le circuit. Ainsi la deuxième entrée de l'injecteur est fluidiquement connectée entre la sortie du premier échangeur et l'entrée de l'expanseur.
  • L'invention permet ainsi de rehausser la pression du fluide de travail en entrée de pompe. Cela permet de la soulager et donc de réduire sa consommation. Par ailleurs, le prix et la complexité d'une pompe augmentant significativement avec la puissance qu'elle doit développer, l'invention permet, pour un rendement identique ou sensiblement identique, de réduire significativement le prix et la complexité de la pompe.
  • En outre, le circuit proposé par l'invention permet d'augmenter la marge à la cavitation au niveau de la pompe, rendant le système plus fiable et réduisant l'usure de la pompe.
  • L'invention propose ainsi une solution efficace pour valoriser les rejets thermiques présentant des températures relativement basses.
  • La deuxième entrée de l'injecteur est fluidiquement connectée en aval du premier échangeur et strictement en amont de l'expanseur. Ainsi selon ce mode de réalisation la deuxième entrée de l'injecteur n'est pas connectée en aval de l'expanseur ou à l'expanseur lui-même, par exemple un étage intermédiaire de ce dernier.
  • Le système est configuré de manière à ce qu'en sortie du premier échangeur le fluide de travail est amené dans un état supercritique.
  • De manière conventionnelle, on qualifie d'état supercritique l'état d'un fluide chauffé au-delà de sa température critique et comprimé au-dessus de sa pression critique. De manière connue, les propriétés physiques d'un fluide supercritique (densité, viscosité, diffusivité) sont souvent intermédiaires entre celles des liquides et celles des gaz.
  • Ainsi, le système est configuré de manière à ce que la pression et la température du fluide de travail en sortie du premier échangeur soient supérieures aux pressions et températures critiques du fluide de travail.
  • Le fluide est ainsi amené au-delà de son point critique. Le système fonctionne alors selon un cycle de Rankine supercritique. La différence de température entre le fluide de travail et la source chaude est alors moindre entrainant de ce fait une dissipation énergétique moins élevée. L'efficacité globale du système est alors améliorée tout en conservant une fiabilité élevée et une complexité limitée.
  • Selon un mode de réalisation avantageux mais non limitatif, le fluide de travail est un fluide organique. Ce type de fluide permet d'atteindre un régime supercritique même à des températures relativement basses en sortie d'échangeur chaud. On entend par fluide organique, un fluide composé de molécules ou d'un mélange de molécules constituées d'atomes de carbone, d'hydrogène et éventuellement d'autres atomes tels que par exemple l'oxygène, le fluor, l'azote, le chlore, le brome.
  • Dans un autre mode de réalisation, le fluide de travail n'est pas un fluide organique.
  • Dans la présente description, l'expression « A fluidiquement raccordée à B» ne signifie pas nécessairement qu'il n'existe pas d'organe entre A et B.
  • La présente invention concerne également un procédé pour produire de l'énergie électrique ou mécanique à partir du système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins les étapes suivantes:
    • une étape de montée en pression du fluide de travail au travers de la pompe,
    • une étape de chauffage du fluide de travail au travers du premier échangeur de chaleur,
    • une étape de détente d'une première partie du fluide de travail issu du premier échangeur au travers de l'expanseur,
    • une étape de refroidissement de la première partie du fluide au travers du deuxième échangeur de chaleur.
  • Le procédé comprend avantageusement les étapes suivantes au sein de l'injecteur :
    • une étape de détente d'une deuxième partie du fluide de travail issue du premier échangeur au travers de l'injecteur,
    • une étape de mélange au sein de l'injecteur du fluide de travail issu de la sortie du deuxième échangeur et de ladite deuxième partie du fluide de travail issue du premier échangeur, de manière à fournir en sortie d'injecteur un fluide mélangé présentant une pression supérieure à celle du fluide de travail issu de la sortie du deuxième échangeur.
  • Optionnellement, le procédé peut présenter l'une quelconque des caractéristiques et étapes facultatives énoncées ci-dessous qui peuvent être prises séparément ou en combinaison :
    Le procédé comprend une étape de refroidissement d'un fluide de refroidissement couplé thermiquement au fluide de travail par un troisième échangeur de chaleur, le fluide de travail circulant dans le troisième échangeur de chaleur étant prélevé à la sortie de l'injecteur et réinjecté au niveau de la sortie de l'expanseur.
  • Le fluide de refroidissement refroidit un alternateur couplé à l'expanseur.
  • De manière particulièrement avantageuse, l'invention permet de rentabiliser l'utilisation de rejets thermiques à basse température, tout en nécessitant peu de moyens énergétiques. En outre, la présente invention propose un système simplifié, peu coûteux, de faible consommation énergétique, tout en présentant un rendement énergétique amélioré sans toutefois surcharger la pompe, ni augmenter le coût et la complexité du système.
    • BREVE INTRODUCTION DES FIGURES
  • Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée d'un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d'accompagnement suivants dans lesquels :
    • La FIGURE 1 illustre un système réalisé à partir d'un cycle de Rankine selon l'art antérieur.
    • La FIGURE 2a illustre un exemple de système selon la présente invention, le système comprenant un injecteur dont l'une des deux entrées est fluidiquement connectée à la sortie d'un premier échangeur de chaleur.
    • La FIGURE 2b illustre un mode de réalisation pour lequel le système comprend un échangeur additionnel.
    • La FIGURE 2c illustre un autre mode de réalisation pour lequel le premier échangeur comprend deux échangeurs distincts.
    • La FIGURE 2d illustre un autre mode de réalisation pour lequel les échangeurs distincts possèdent des températures et des débits différents.
    • La FIGURE 3 illustre un système selon la présente invention comprenant un circuit de refroidissement additionnel.
    • La FIGURE 4 représente une vue en coupe illustrant le principe de refroidissement du stator d'un système de conversion d'énergie tel qu'un alternateur.
    • La FIGURE 5 est une vue en coupe d'un exemple d'injecteur qui peut être utilisé dans le cadre des différents modes de réalisation de l'invention.
  • Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l'invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
    • DESCRIPTION DETAILLEE
  • Avant d'entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l'invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend un circuit de refroidissement monté en parallèle par rapport à l'injecteur et au deuxième échangeur, le circuit de refroidissement étant fluidiquement raccordé d'une part à la sortie de l'injecteur et d'autre part à la sortie de l'expanseur.
  • Ainsi, le circuit de refroidissement est alimenté par une partie du fluide de travail qui est prélevée en sortie de l'injecteur. Sa pression est donc augmentée.
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend un dispositif de conversion d'énergie configuré pour convertir un mouvement mécanique produit par l'expanseur en électricité ou en un autre mouvement mécanique. Le circuit de refroidissement comprend un troisième échangeur de chaleur thermiquement couplé avec une troisième source de chaleur échangeant de la chaleur avec le dispositif de conversion d'énergie, le système étant configuré de manière à ce que la pression en sortie du troisième échangeur soit supérieure à la pression à la sortie de l'expanseur.
    • Selon un mode de réalisation, le dispositif de conversion d'énergie comprend un alternateur configuré pour convertir le mouvement mécanique produit par l'expanseur en électricité et la troisième source de chaleur comprend un circuit couplé thermiquement avec l'alternateur.
  • Ainsi, la troisième source de chaleur absorbe les calories produites par l'alternateur. Une partie des calories absorbées par la troisième source de chaleur est ensuite absorbée par le fluide de travail circulant dans le troisième échangeur.
    • Selon un mode de réalisation, l'alternateur comprend un stator et la troisième source de chaleur comprend un circuit fluidique au contact du stator et enfermant un fluide caloporteur.
    • Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur comprend au moins un échangeur primaire et un échangeur secondaire. L'entrée de l'échangeur primaire (correspondant à l'entrée du premier échangeur) est de préférence raccordée fluidiquement à la sortie de la pompe. La sortie de l'échangeur primaire est de préférence raccordée fluidiquement à l'entrée de l'échangeur secondaire. La sortie de l'échangeur secondaire (correspondant à la sortie du premier échangeur) est fluidiquement raccordée à l'entrée de l'expanseur.
    • Selon un mode de réalisation, l'échangeur primaire et l'échangeur secondaire sont configurés pour être chacun couplés thermiquement à une même source de chaleur.
    • Selon un mode de réalisation, l'échangeur primaire est configuré pour être couplé thermiquement à une source de chaleur primaire et l'échangeur secondaire est configuré pour être couplé thermiquement à une source de chaleur secondaire distincte de la source de chaleur primaire.
    • Selon un mode de réalisation, le premier échangeur est configuré pour amener à sa sortie le fluide de travail à une température inférieure à 200°C et de préférence inférieure à 150°C.
    • Selon un mode de réalisation, le circuit est configuré de manière à ce que la température du fluide de travail en sortie du premier échangeur soit comprise entre la température ambiante et 200°C et de préférence entre la température ambiante et 150°C.
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend la source chaude. La source chaude et le premier échangeur sont configurés pour fournir à la sortie du premier échangeur une température pour le fluide de travail inférieure à 200°C et de préférence inférieure à 150°C.
    • Selon un mode de réalisation, le deuxième échangeur est configuré pour amener à sa sortie le fluide de travail à une température comprise entre la température ambiante et 150°C, la température du fluide de travail en sortie du deuxième échangeur étant inférieure à la température du fluide de travail en sortie du premier échangeur.
    • Selon un mode de réalisation, le système est configuré de manière à ce que la pression et la température du fluide de travail en sortie du premier échangeur soient supérieures aux pression et température critiques du fluide de travail.
    • Selon un mode de réalisation, le fluide de travail est frigorigène et choisi parmi le R410a, le R134a, le R227ea, ou le R245fa. Ces fluides permettent d'atteindre un régime supercritique avec des sources chaudes aux températures inférieures à 200°C. Ils sont donc particulièrement avantageux pour produire de l'énergie à partir de rejets thermiques d'usines ou de moteurs thermiques.
    • Selon un mode de réalisation, le système est configuré de manière à ce que la première entrée de l'injecteur reçoive le fluide de travail au moins partiellement à l'état liquide et de préférence à l'état liquide uniquement et de manière à ce que la deuxième entrée de l'injecteur reçoive le fluide de travail au moins partiellement à l'état gazeux et de préférence à l'état gazeux uniquement.
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend la première source de chaleur, la première source de chaleur étant couplée thermiquement avec un circuit de rejet thermique d'une usine ou d'un moteur.
    • Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur est configuré de sorte à chauffer le fluide de travail ; l'expanseur est configuré de sorte à augmenter la pression du fluide de travail et le deuxième échangeur de chaleur est configuré de sorte à refroidir le fluide de travail. L'injecteur est configuré de sorte à augmenter la pression du fluide de travail. La pompe est configurée de sorte à augmenter la pression du fluide de travail.
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend un échangeur additionnel configuré pour transférer de la chaleur depuis le fluide de travail en sortie d'expanseur au fluide de travail situé entre la sortie de la pompe et l'entrée du premier échanger. Ainsi, l'échangeur additionnel fait office d'économiseur. Il permet d'utiliser une partie de l'énergie restante dans le fluide de travail en sortie d'expanseur pour préchauffer le liquide à la sortie de la pompe. Cela permet d'augmenter le rendement de l'installation.
    • Selon un mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur comprend au moins deux échangeurs de chaleur couplés chacun à une source de chaleur présentant une température différente, l'un étant configuré pour amener le fluide de travail dans un état sous-critique (liquide) et l'autre, disposé en aval, étant configuré pour amener le fluide de travail dans un état supercritique.
  • Un intérêt est de permettre une meilleure adéquation entre le fluide de travail et le premier échangeur et ainsi d'augmenter l'efficacité de l'échangeur, en réduisant le pincement en température entre la source de chaleur et le fluide de travail. On entend par pincement (en anglais « pinch »), la différence de température minimale entre le fluide de travail et la source chaude. Un deuxième intérêt est ensuite de pouvoir éventuellement utiliser deux ou plus sources chaudes différentes qui auraient des températures différentes et des débits différents.
    • Selon un mode de réalisation, le système est configuré de manière à ce que le fluide présente un écart (Δ) entre la température de la source de chaleur et la température critique du fluide de travail ; ledit écart (Δ) étant compris entre 20°C et 70°C. Cette gamme permet d'avoir un rendement particulièrement élevé.
    • Selon un mode de réalisation, le système comprend un dispositif de conversion d'énergie configuré pour convertir un mouvement mécanique produit par l'expanseur en une énergie électrique ou mécanique et configuré de manière à ce que la puissance fournie par le dispositif de conversion d'énergie soit inférieure à 100 kW.
    • Selon un mode de réalisation, l'expanseur est une turbine, de préférence cinétique.
    • Selon un mode de réalisation, l'expanseur est une machine volumétrique.
    • Selon un mode de réalisation, l'expanseur est une machine volumétrique, du type suivant : un compresseur volumétrique fonctionnant en expanseur.
    • Selon un mode de réalisation, l'expanseur est une machine hermétique ; ladite machine comprenant l'expanseur, un arbre et l'alternateur; l'expanseur étant raccordé à l'arbre et l'arbre étant raccordé à l'alternateur.
  • La figure 2a illustre un exemple de système selon la présente invention. Ce système est particulièrement avantageux pour une production électrique de petite puissance (par exemple de quelques kilowatts à une centaine de kilowatts). Il est configuré de manière à mettre en oeuvre un cycle thermodynamique de Rankine. Il comprend des composants couramment utilisés :
    • un fluide de travail. Ce fluide de travail est avantageusement frigorigène. Le fluide de travail est de préférence organique ce qui permet d'atteindre un régime supercritique (également désigné supercritique) tout en conservant des niveaux de pression et de température relativement limités. Le fluide de travail est de préférence choisi parmi le R410a, le R134a, le R227a, le R245fa. On entend par fluide supercritique, un fluide ayant atteint un régime supercritique.
    • un premier échangeur 110. Ce premier échangeur 110 est thermiquement couplé à une source chaude 170, par exemple chauffée par les rejets thermiques. De préférence il permet au fluide d'atteindre un régime supercritique. Le premier échangeur peut ainsi être qualifié d'échangeur supercritique. Il permet au fluide de travail de dépasser la température critique. La température critique du fluide de travail est, par exemple de l'ordre de 70°C, pour un fluide de travail de type gaz réfrigérant R410a. Le R410a est l'un des fluides frigorigènes les plus fréquemment utilisés pour faire fonctionner une pompe à chaleur. Le R410a présente l'avantage de ne pas être nocif pour la couche d'ozone, tout en présentant un bon rendement énergétique. Il a notamment une capacité de compression et une puissance frigorifique plus élevées que beaucoup d'autres fluides frigorigènes. Il augmente donc non seulement les possibilités de chauffage (même à basse température) mais également de refroidissement. La température critique est, par exemple, de l'ordre de : 101°C pour le fluide R134a, 103°C pour le fluide R227a et 154°C pour le fluide R245fa.
    • un compresseur volumétrique fonctionnant en expanseur (volumétrique) 120. Cet expanseur 120 permet de détendre le fluide et de produire une énergie mécanique à partir de cette détente. Dans un mode de réalisation, cette énergie est récupérée sur un arbre 190 tournant.. Cette énergie mécanique peut ensuite être récupérée sous forme électrique au niveau d'un l'alternateur situé sur ledit arbre 190 tournant. L'expanseur 120 est avantageusement dérivé d'un compresseur volumétrique conventionnel de l'industrie frigorifique.
    • un deuxième échangeur de chaleur 130 thermiquement couplé à une source plus froide que la source chaude 170 et permettant de refroidir le fluide de travail. Lors de ce refroidissement, la température de saturation est atteinte. Le refroidissement s'accompagne dès lors du phénomène de condensation.
    • un injecteur 140 permettant de définir un niveau intermédiaire de pression. L'injecteur comprend : au moins deux entrées, l'une pour un premier fluide et l'autre pour un deuxième fluide, le plus souvent gazeux, présentant une énergie plus élevée que le premier fluide; au moins une chambre de mélange des deux fluides disposée en aval des deux entrées; au moins un col puis une portion divergente faisant office de diffuseur, disposée en aval de la chambre de mélange et configurée pour permettre la diffusion du fluide mélangé en sortie de chambre de mélange. L'injecteur 140 permet ainsi d'augmenter la pression du premier fluide et de fournir un fluide à une pression intermédiaire, c'est-à-dire à une pression comprise entre celles des premier et deuxième fluides.
  • Le fonctionnement de l'injecteur 140 réside sur un principe simple et passif : le deuxième fluide (gazeux et provenant de la sortie 110b du premier échangeur 110) à haute énergie entraîne un fluide à basse énergie (liquide et provenant de la sortie 130b du deuxième échangeur 130) et permet de relever la pression de ce dernier sans nécessiter d'organe moteur tel qu'une pompe.
  • La pression intermédiaire délivrée par l'injecteur 140 est par exemple de l'ordre de quelques bars au-dessus du niveau de la basse pression ; ladite basse pression se situant autour de la dizaine de bars. L'injecteur 140 permet en outre d'apporter de la pression présentant ledit niveau intermédiaire de pression, à l'entrée 150a de la pompe 150. La pompe est ainsi soulagée ce qui apporte de nombreux avantages comme cela sera détaillé par la suite. De préférence le fluide en sortie du premier échangeur 110 est sous forme gazeux et l'entrée 140c de l'injecteur 140 reçoit du fluide sous forme gazeuse uniquement.
    • une pompe 150. De préférence elle permet au fluide de travail de détendre le fluide et de dépasser ainsi la pression critique. La puissance de la pompe 150 peut être réduite grâce à l'utilisation de l'injecteur 140. Elle se trouve ainsi dans des gammes de conception standard, moins contraignante. En réduisant la hauteur motrice totale nécessaire à la pompe 150 de 400 mètres à 350 mètres environ, la pompe 150 est moins complexe et couteuse. De plus, puisque la pression d'entrée est plus élevée, les risques de cavitation sont réduits, ce qui est moins contraignant pour la conception de la pompe 150.
  • Avantageusement, dans le circuit selon la présente invention, l'injecteur 140 est positionné de sorte à permettre une simplification de réalisation tout en optimisant le rendement énergétique. Pour ce faire, la sortie 140b de l'injecteur 140 est connectée à l'entrée de la pompe 150. Cela permet d'augmenter la pression du fluide de travail avant l'entrée dans la pompe 150 afin de réduire l'apport énergétique que nécessite ladite pompe 150. De manière particulièrement avantageuse, la deuxième entrée 140c de l'injecteur 140 est raccordée à la sortie 110b du premier échangeur 110. La prise de raccordement au niveau de la sortie 110b du premier échangeur 110 permet ainsi d'introduire dans l'injecteur du fluide présentant une grande énergie, notamment une pression élevée. Par ailleurs, cette configuration permet de simplifier la réalisation du circuit.
  • Selon un mode de réalisation particulier, la température de la source chaude 170 est inférieure à 200°C et de préférence inférieure à 150°C et la température de la source froide 180 est inférieure à 50°C et de préférence de l'ordre de 30°C. De préférence, la température de la source froide 180 est supérieure à la température ambiante et plus généralement de l'ordre de la température ambiante.
  • Pour le premier échangeur 110, c'est-à-dire l'échangeur chaud, la température maximale est celle de la sortie de l'expanseur 120, c'est-à-dire un peu moins de 150°C. La température minimale est celle de la sortie de la pompe 150, c'est-à-dire un peu plus haut que la température ambiante.
  • Pour le deuxième échangeur 130, c'est-à-dire l'échangeur froid, la température maximale est celle de la sortie de la turbine ou autre expanseur (120), c'est-à-dire intermédiaire, comprise entre les températures des sources chaude (150°C) et froide (30°C). La température minimale du deuxième échangeur 130 est celle de la température de la source froide 180, c'est-à-dire, en général la température ambiante.
  • Le principe à la base de l'invention procure de nombreux avantages.
  • Notamment, la présente invention permet de diminuer la puissance consommée par la pompe 150. En effet, dans certains cycles organiques de Rankine, la puissance consommée par la pompe 150 est suffisamment importante pour chercher à la réduire drastiquement et donc augmenter le rendement. Dans l'invention, l'injecteur 140 est également utilisé pour réduire la hauteur motrice à assurer par la pompe 150.
  • Un autre intérêt de la présente invention est aussi d'avoir un coût d'investissement plus faible pour la pompe 150 qui représente généralement une part significative du coût global de l'installation. Ce coût est directement lié à la puissance de ladite pompe 150. Il n'est en général pas rigoureusement proportionnel à la puissance, mais reste croissant avec celle-ci.
  • Un intérêt supplémentaire de l'invention est aussi de diminuer le risque de cavitation dans la pompe. La pression d'entrée dans la pompe 150 est plus élevée dans le cas de l'invention 150. En effet, la marge à la cavitation pour une installation donnée s'exprime par l'écart entre la pression d'entrée moins la pression de vapeur saturante et une valeur caractéristique de la pompe 150 (NPSH : net positive suction head). Dans le cas de l'invention, la pression d'entrée sera plus élevée et la pression de vapeur saturante ne sera que marginalement affectée. En effet, l'intégration de la relation de Clapeyron permet d'aboutir à l'estimation d'un ordre de grandeur de l'augmentation de la pression de vapeur saturante due à un écart de température : Δ ⁢ P / P ∼ L / C p , vap − C v , vap T Δ ⁢ T / T
    Figure imgb0001
  • Cet écart ΔP/P est de l'ordre de quelques ΔT/T, alors qu'il a été constaté que l'injecteur 140 connecté comme le prévoit l'invention peut faire gagner jusqu'à 50% en pression d'entrée.
  • Selon un mode de réalisation particulier illustré en figure 2b , le système comprend un échangeur additionnel 230. L'échangeur additionnel 230 comprend une première entrée 231a fluidiquement raccordée à la sortie 120b de l'expanseur 120 et une première sortie 231b fluidiquement raccordée à l'entrée 130a du deuxième échangeur de chaleur 130. L'échangeur additionnel 230 comprend une deuxième entrée 232a fluidiquement raccordée à la sortie 150b de la pompe 150 et une deuxième sortie 232b fluidiquement raccordée à l'entrée 110a du premier échangeur de chaleur 110.
  • Cet échangeur additionnel 230 permet d'utiliser une partie de l'énergie restante dans le fluide après le passage dans l'expanseur 120 pour préchauffer le liquide à la sortie de la pompe 150. Cet échangeur additionnel 230 fait ainsi office d'économiseur. L'intérêt est un gain sur le rendement de l'installation. Il s'agit d'un échangeur interne au cycle : le fluide de travail échange avec lui-même.
  • Selon un autre mode de réalisation illustré en figure 2c , le premier échangeur 110, de préférence de type échangeur chaud, peut être réalisé en au moins deux parties distinctes, en utilisant par exemple deux échangeurs 110', 110". Les échangeurs 110', 110", désignés échangeur primaire 110' et échangeur secondaire 110", sont de préférence raccordés en série. L'entrée 110'a de l'échangeur primaire 110' (correspondant à l'entrée 110a du premier échangeur 110) est de préférence raccordée fluidiquement à la sortie 150b de la pompe 150. La sortie 110'b de l'échangeur primaire 110' est de préférence raccordée fluidiquement à l'entrée 110"a de l'échangeur secondaire 110". La sortie 110"b de l'échangeur secondaire 110" (correspondant à la sortie 110b du premier échangeur 110) est fluidiquement raccordée à l'entrée 120a de l'expanseur 120. Les échangeurs primaire 110' et secondaire 110" formant le premier échangeur 110 sont couplés thermiquement chacun à une même source de chaleur 170.
  • Typiquement, un des échangeurs 110' est utilisé pour réchauffer le fluide dans des conditions sous-critiques, tandis que l'autre 110" sert à faire le complément. Le premier intérêt est de permettre une meilleure adéquation entre le fluide de travail et le premier échangeur 110 et ainsi d'augmenter l'efficacité de l'échangeur, en réduisant le pincement en température entre la source de chaleur 170 et le fluide de travail. Le second intérêt est ensuite de pouvoir éventuellement utiliser deux échangeurs différents 110', 110", comme illustré en figure 2d , qui auraient des températures différentes grâce à des sources de chaleur 170, 270 différentes et des débits différents. Dans ce mode de réalisation particulier (figure 2d), l'entrée 110'a de l'échangeur primaire 110' (correspondant à l'entrée 110a du premier échangeur 110) est de préférence raccordée fluidiquement à la sortie 150b de la pompe 150. La sortie 110'b de l'échangeur primaire 110' est de préférence raccordée fluidiquement à l'entrée 110"a de l'échangeur secondaire 110". La sortie 110"b de l'échangeur secondaire 110" (correspondant à la sortie 110b du premier échangeur 110) est fluidiquement raccordée à l'entrée 120a de l'expanseur 120. Afin de varier les températures, les échangeurs primaire 110' et secondaire 110" formant le premier échangeur 110 ne sont couplés pas thermiquement à la même source de chaleur 170. Avantageusement, l'échangeur primaire 110' est couplé thermiquement à une source de chaleur primaire 270 et l'échangeur secondaire 110" est couplé thermiquement à une source de chaleur secondaire 170.
  • Avantageusement, la température de la source chaude étant donnée, le fluide de travail sera choisi de façon optimale afin de correspondre au mieux aux caractéristiques du premier échangeur 110 et en particulier à la température du fluide chaud de ce premier échangeur 110. On fera notamment en sorte que la température critique de fluide de travail choisi soit légèrement inférieure à la température du fluide chaud de ce premier échangeur 110. L'idée sous-jacente est qu'il faut légèrement dépasser la température critique pour que le rendement de l'installation soit optimisé. Typiquement, le fluide présente un écart (Δ) entre la température de la source de chaleur 170 du premier échangeur 110 et la température critique du fluide de travail ; ledit écart (Δ) étant compris entre 20°C et 70°C. Cette gamme permet d'avoir un rendement particulièrement élevé.
  • Selon une alternative, le fractionnement de l'expanseur 120 en deux parties, en utilisant deux expanseurs en série peut être intéressant afin d'utiliser pour l'injecteur 140 cette pression intermédiaire en pression haute et, de ce fait, faire travailler dans l'expanseur l'intégralité du fluide de travail. Cela conduit à un rendement plus élevé.
  • La figure 3 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel le système comprend un expanseur hermétique 300 composé de l'expanseur 120, de l'arbre 190 et de l'alternateur 200 ainsi qu'un circuit de refroidissement de l'ensemble hermétique. Le circuit de refroidissement est raccordé d'une part à la sortie 140b de l'injecteur 140 et d'autre part à la sortie 120b de l'expanseur 120. Il comprend un troisième échangeur de chaleur 160 dont l'entrée 160a est connectée à la sortie 140b de l'injecteur 140 et dont la sortie 160b est connectée à la sortie 120b de l'expanseur 120.
  • Le système est configuré de manière à ce que la pression en sortie 160b du troisième échangeur 160 soit supérieure à la pression en sortie de l'expanseur 120, garantissant ainsi que le fluide parcourt bien le troisième échangeur 160 depuis sa sortie 160a vers son entrée 160b.
  • Grâce à l'injecteur 140, on dispose ainsi d'un fluide froid présentant une pression rehaussée sans pour autant introduire une pompe additionnelle. Une partie de ce fluide froid est ainsi récupérée en sortie 140b de l'injecteur 140 et peut être utilisé afin de refroidir un organe auxiliaire comme par exemple un moteur ou un dispositif de conversion d'énergie couplé à l'expanseur 120. Typiquement, le système est équipé d'un alternateur 200 faisant office de dispositif de conversion d'énergie pour transformer en électricité le mouvement mécanique de l'expanseur 120 le plus souvent sous forme d'un expanseur volumétrique.
  • Le troisième échangeur de chaleur 160 est configuré de sorte à refroidir l'expanseur hermétique 300 jusqu'à un niveau de température acceptable. Par exemple ce dernier est traversé par un fluide caloporteur qui permet de maintenir la température de l'expanseur hermétique à un niveau acceptable.
  • Or, le rendement d'un dispositif de conversion d'énergie, et notamment d'un alternateur, diminue lorsque sa température augmente.
  • En proposant une solution permettant de réduire la température du dispositif de conversion d'énergie sans pour autant introduire une pompe additionnelle ou une importante complexité et sans augmenter les risques de cavitation, l'invention apporte ainsi une solution efficace pour augmenter le rendement global du système sans diminuer sa fiabilité et sa stabilité.
  • Comme illustré sur la vue en coupe de la figure 4 , le circuit de refroidissement permet de manière particulièrement avantageuse de refroidir par exemple un alternateur 200 ou un moteur fonctionnant en mode inverse (dans le cas d'un compresseur fonctionnant en expanseur) comprenant un stator 210. Dans ce mode de réalisation, le troisième échangeur de chaleur 160 permet de refroidir, grâce au fluide de travail prélevé à la sortie 140b de l'injecteur 140, un fluide mis en circulation autour du stator 210.
  • Un des intérêts de l'invention est ainsi de disposer d'un niveau de pression intermédiaire pour les organes auxiliaires tels qu'un alternateur ou un moteur. En effet, si on ne disposait que du seul niveau haut pour alimenter un circuit de refroidissement, on consommerait du travail réalisé dans la pompe 150. Grâce à l'injecteur 140, on dispose de fluide froid sans impacter significativement la pompe 150.
  • Selon un mode de réalisation avantageux mais non limitatif de l'invention, la puissance du premier échangeur 110 est de 150kW ; le fluide de travail est, de préférence, du R134a (un des principaux constituants de ce fluide est par exemple le 1,1,1,2-Tetrafluoroethane) ; la pression maximale est de 50 bars; la température maximale est de 130°C; la pression minimale est de 10.17 bars; la température minimale est de 30°C ; la puissance brute de 16.9 kW ; la puissance à évacuer par le système de refroidissement de 2kW ; la température de refroidissement 76.3°C ; le rapport de débit d'entrainement est de 20. Ce rapport correspond au rapport entre le débit de vapeur et le débit liquide. Il se mesure, par exemple, à l'aide de deux débitmètres.
    Par ailleurs, le rendement de l'injecteur 140 est de 34.73%. Il s'agit du rendement exergétique, autrement dit le rapport entre l'exergie en sortie de l'injecteur 140 et les exergies en amont de celui-ci. Ce rapport peut être évalué à partir d'un bilan thermique de l'installation. On rappellera que l'exergie en thermodynamique est définit comme étant une grandeur permettant de mesurer la qualité d'une énergie.
  • Dans ce mode de réalisation, l'injecteur 140 comprend :
    • au moins deux entrées 141, 142 formant chacune une tuyère, l'une pour un premier fluide et l'autre pour un deuxième fluide présentant une pression plus élevée que le premier fluide ;
    • au moins une chambre de mélange 143 dont la section est de préférence convergente ;
    • au moins un col 144 et un divergent également désigné diffuseur 145, disposés successivement en aval de la chambre de mélange 144.
  • Pour bien mélanger les deux fluides provenant d'une part 142 de la sortie 130b du deuxième échangeur 130 (fluide sous forme liquide) et d'autre part 141 de la sortie 110b du premier échangeur 110 (fluide sous forme vapeur), il est nécessaire de les accélérer. Les deux tuyères d'entrée et les profils convergents sont configurés à cet effet. Le diffuseur 145 est quant à lui dimensionné de manière à convertir l'énergie cinétique en pression.
    Les valeurs numériques concernant l'injecteur 140 sont données dans le Tableau 1. Tableau 1 : Valeurs numériques caractérisant l'injecteur 140
    Section liquide d'entrée (S1) 0,00001623 m2
    Section vapeur d'entrée (S2) 0,000008432 m2
    Section intermédiaire (S3) : section d'entrée de la chambre de mélange (voir figure 5) 0,00001993 m2
    Section de sortie (S4) 0,00006309 m2
  • Les performances suivantes sont ainsi obtenues pour l'injecteur 140 :
    • pression de vapeur : 50 bar.
    • pression de liquide : 10.17 bar.
    • pression de sortie : 14 bar.
    • rapport de débit d'entrainement : 20. Ce rapport correspond au rapport entre le débit de vapeur et le débit liquide. Il se mesure, par exemple, à l'aide de deux débitmètres.
    • rendement d'injecteur : 34.73%. Ce rendement correspond au rendement exergétique, c'est-à-dire au rapport entre l'exergie en sortie d'injecteur et les exergies en amont de celui-ci. Il peut être évalué à partir d'un bilan thermique de l'installation.
  • Le premier échangeur de chaleur 110, c'est-à-dire l'échangeur chaud permet au fluide de travail d'absorber les calories d'un fluide de rejet thermique. Pour cet échangeur de chaleur 110, le fluide chaud est donc le fluide de rejet thermique et le fluide froid est le fluide de travail.
  • Des valeurs numériques concernant le premier échangeur 110 sont indiquées dans le Tableau 2, à titre d'exemple non limitatif de l'invention. Tableau 2 : Valeurs numériques caractérisant l'échangeur chaud 110
    Fluide chaud Fluide froid
    Nature du fluide de travail Fluide de rejet R134a
    Débit (kg/s) 1.25 0.7228
    Température haute (°C) 150 130
    Température basse (°C) 90 40
    Puissance échangée (W) 150000
    Produit hS (W/K) entre le coefficient d'échange et la surface d'échange de l'échangeur (ou conductance thermique de l'échangeur) 6184
  • Le deuxième échangeur de chaleur 130, c'est-à-dire l'échangeur froid, permet au fluide de travail d'évacuer ses calories. Pour cet échangeur de chaleur 130, le fluide chaud est donc le fluide de travail. Le fluide froid peut être de l'eau.
  • Des valeurs numériques concernant le deuxième échangeur de chaleur 130 sont indiquées dans le Tableau 3, à titre d'exemple non limitatif de l'invention. Tableau 3 : Valeurs numériques caractérisant l'échangeur froid 130
    Fluide chaud Fluide froid
    Nature du fluide de travail R134a eau
    Débit (kg/s) 0.6979 6.598
    Température haute (°C) 58.25 25
    Température basse (°C) 30 20
    Puissance échangée (W) 137900
    Produit hS (W/K) entre le coefficient d'échange et la surface d'échange de l'échangeur (ou conductance thermique de l'échangeur) 7823
  • L'expanseur 120 est préférentiellement de type expanseur volumétrique. L'expanseur 120 est de préférence un compresseur hermétique à spirale. Des valeurs numériques concernant l'expanseur 120 sont indiquées dans le Tableau 4, à titre d'exemple non limitatif de l'invention. L'expanseur 120 est associé à un dispositif de conversion d'énergie tel qu'un alternateur 200. Tableau 4 : Valeurs numériques caractérisant l'expanseur 120
    Nature du fluide de travail R134a
    Débit (kg/s) 0.6879
    Température entrée (°C) 130
    Pression d'entrée (kPa) 5000
    Pression de refoulement (kPa) 1014
    Rendement isentropique (%) 75
    Rendement mécanique et de conversion électrique (%) 90
  • La pompe 150 est, de préférence, une pompe volumétrique. Des valeurs numériques concernant la pompe 150 sont indiquées dans le Tableau 5, à titre d'exemple non limitatif de l'invention. Tableau 5 : Valeurs numériques caractérisant la pompe 150
    Nature du fluide de travail R134a
    Débit (l/min) 37.33
    Température entrée (K) 310.4
    Pression d'entrée (kPa) 1400
    Pression de refoulement (kPa) 5000
    Rendement hydraulique (%) 80
    Rendement mécanique et de conversion électrique (%) 90
  • Un comparatif des résultats obtenus d'une part avec un cycle de Rankine organique standard sans injecteur et d'autre part avec un système selon l'invention va maintenant être présenté.
  • Un cycle de Rankine organique standard sans injecteur présente les caractéristiques suivantes :
    • puissance de la source chaude : 150kW.
    • fluide : R134a.
    • pression maximale : 50 bar.
    • température maximale : 130°C.
    • pression minimale : 10.17 bars.
    • température minimale : 130°C.
    • puissance brute : 16.9 kW.
    • puissance à évacuer par le système de refroidissement : 2 kW.
    • température de refroidissement : 76.3°C.
  • Une comparaison entre les performances de la présente invention et d'un cycle de Rankine organique standard sans injecteur 140 est dressée dans le Tableau 6. Tableau 6 : Comparaison des caractéristiques de circuits avec un injecteur 140 (présente invention) et sans injecteur (cas standard)
    Système selon l'invention Cas standard
    Rendement Energétique (%) 9.395 9.327
    Ratio Travail de sortie (en anglais : « Back Work Ratio) : rapport entre le travail consommé par la pompe et le travail généré par l'expanseur 0.1648 0.1719
    Marge à la Cavitation (kPa) 455.4 246.5
    Charge thermique du condenseur (kW) 137.9 138
  • Grâce à l'utilisation et notamment au positionnement de l'injecteur 140 dans le circuit, la présente invention présente de meilleures performances que les solutions connues tout en présentant une grande fiabilité et une complexité qui reste limitée.
  • Parmi les applications de l'invention, on pourra citer l'utilisation de tels procédés de génération d'énergie électrique dans l'industrie de transformation (métallurgie, chimie, papeterie) avec des rejets thermiques à basse température, le transport avec moteur thermique (automobile, bateau), le solaire à concentration, ou encore la biomasse.
  • Tous les modes de réalisation couverts par les revendications ou décrits ci-dessus peuvent, de manière optionnelle et non limitative, présenter au moins l'une quelconque des caractéristiques facultatives suivantes :
    • La sortie de la pompe est directement raccordée à l'entrée du premier échangeur.
    • La sortie du premier échangeur est directement raccordée à l'entrée de l'expanseur.
    • La sortie de l'expanseur est directement raccordée à l'entrée du deuxième échangeur.
    • La sortie du deuxième échangeur est directement raccordée à la première entrée de l'injecteur.
    • La sortie du premier échangeur est directement raccordée à la deuxième entrée de l'injecteur.
  • Dans chaque réalisation de l'invention, définie par les revendications annexées, la sortie de l'injecteur est directement raccordée à l'entrée de la pompe.
  • Dans la présente demande de brevet « A directement raccordée à B» signifie que le raccordement est direct et qu'il n'y a pas d'autre organe intermédiaire (pompe, échangeur, vanne, injecteur, expanseur etc.) entre A et B.
  • Au vu de la description qui précède, il ressort clairement que l'invention permet de réduire significativement le coût des systèmes basés sur un cycle de Rankine, de les rendre plus fiables et robustes, tout en conservant un rendement équivalent voire amélioré.

Claims (15)

  1. Système de production d'énergie électrique ou mécanique comprenant un circuit fluidique dans lequel circule un fluide de travail organique et comprenant une pluralité d'organes traversés par le fluide de travail et parmi lesquels : au moins un premier échangeur de chaleur (110) configuré pour être couplé thermiquement à au moins une première source de chaleur (170), un expanseur (120) dont une entrée (120a) est fluidiquement raccordée à une sortie (110b) du premier échangeur (110), un deuxième échangeur de chaleur (130) configuré pour être couplé thermiquement à une deuxième source de chaleur (180) plus froide que la première source de chaleur (170) et au moins une pompe (150) configurée pour mettre en mouvement le fluide de travail dans le circuit fluidique, le circuit étant configuré de manière à ce que le fluide de travail passe successivement par au moins la pompe (150), le premier échangeur (110), l'expanseur (120) et le deuxième échangeur (130), puis à nouveau la pompe (150); le système comprenant un injecteur (140) comprenant :
    - une première entrée (140a) fluidiquement raccordée à une sortie (130b) du deuxième échangeur de chaleur (130) ;
    - une deuxième entrée (140c) fluidiquement raccordée à la sortie (110b) du premier échangeur (110) ;
    - une sortie (140b) fluidiquement raccordée à une entrée (150a) de ladite pompe (150), la sortie (140b) de l'injecteur (140) étant directement raccordée à l'entrée (150a) de la pompe (150);
    caractérisé en ce qu'il est configuré de manière à ce que :
    - la deuxième entrée (140c) de l'injecteur (140) soit fluidiquement connectée en aval du premier échangeur (110) et strictement en amont de l'entrée (120a) de l'expanseur (120) ;
    - en sortie (110b) du premier échangeur (110) le fluide de travail est amené dans un état supercritique.
  2. Système selon la revendication précédente comprenant un circuit de refroidissement monté en parallèle par rapport à l'injecteur (140) et au deuxième échangeur (130), le circuit de refroidissement étant fluidiquement raccordé d'une part à la sortie (140b) de l'injecteur (140) et d'autre part à la sortie (120b) de l'expanseur (120).
  3. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier échangeur de chaleur (110) comprend au moins un échangeur primaire (110') et un échangeur secondaire (110") ; l'entrée (110'a) de l'échangeur primaire (110') étant raccordée fluidiquement à la sortie (150b) de la pompe (150), la sortie (110'b) de l'échangeur primaire (110') étant raccordée fluidiquement à l'entrée (110"a) de l'échangeur secondaire (110"), la sortie (110"b) de l'échangeur secondaire (110") étant fluidiquement raccordée à l'entrée (120a) de l'expanseur (120).
  4. Système selon la revendication précédente dans lequel :
    l'échangeur primaire (110') et l'échangeur secondaire (110") sont configurés pour être chacun couplés thermiquement à une même source de chaleur (170) ou dans lequel
    l'échangeur primaire (110') est configuré pour être couplé thermiquement à une source de chaleur primaire (270) et l'échangeur secondaire (110") est configuré pour être couplé thermiquement à une source de chaleur secondaire (170) distincte de la source de chaleur primaire (270).
  5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier échangeur (110) est configuré pour amener à sa sortie (110b) le fluide de travail à une température inférieure à 200°C et de préférence inférieure à 150°C.
  6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré de manière à ce que la pression et la température du fluide de travail en sortie du premier échangeur (110) soient supérieures aux pression et température critiques du fluide de travail.
  7. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide de travail est frigorigène et choisi parmi le R410a, le R134a, le R227ea, ou le R245fa.
  8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré de manière à ce que la première entrée (140a) de l'injecteur (140) reçoive le fluide de travail au moins partiellement à l'état liquide et de préférence à l'état liquide uniquement et de manière à ce que la deuxième entrée (140c) de l'injecteur (140) reçoive le fluide de travail au moins partiellement à l'état gazeux et de préférence à l'état gazeux uniquement.
  9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un échangeur (230) additionnel configuré pour transférer de la chaleur depuis le fluide de travail en sortie (120b) d'expanseur (120) au fluide de travail situé entre la sortie (150b) de la pompe (150) et l'entrée (110a) du premier échanger (110).
  10. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier échangeur de chaleur (110) comprend au moins deux échangeurs de chaleur couplés chacun à une source de chaleur présentant une température différente, l'un étant configuré pour amener le fluide de travail dans un état souscritique et l'autre, disposé en aval, étant configuré pour amener le fluide de travail dans un état supercritique.
  11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes configuré de manière à ce que le fluide présente un écart (Δ) entre la température de la première source de chaleur (170) et la température critique du fluide de travail ; ledit écart (Δ) étant compris entre 20°C et 70°C.
  12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant un dispositif de conversion d'énergie (200) configuré pour convertir un mouvement mécanique produit par l'expanseur (120) en une énergie électrique ou mécanique et configuré de manière à ce que la puissance fournie par le dispositif de conversion d'énergie (200) soit inférieure à 100kW.
  13. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'expanseur (120) est une turbine et/ou comprend une machine volumétrique.
  14. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la première entrée (140a) de l'injecteur (140) est configurée pour recevoir un premier fluide et la deuxième entrée (140c) de l'injecteur (140) est configurée pour recevoir un deuxième fluide présentant une énergie plus élevée que le premier fluide, l'injecteur (140) comprenant en outre :
    - au moins une chambre de mélange des deux fluides, la chambre de mélange étant disposée en aval des deux entrées (140a, 140c);
    - au moins un col puis une portion divergente faisant office de diffuseur, disposée en aval de la chambre de mélange et configurée pour permettre la diffusion du fluide mélangé en sortie (140b) de chambre de mélange,
    l'injecteur (140) permettant ainsi que le fluide en sortie (140b) de l'injecteur (140) présente une pression comprise entre la pression du premier fluide et la pression du deuxième fluide.
  15. Procédé pour produire de l'électricité à partir du système selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins les étapes suivantes:
    - une étape de montée en pression du fluide de travail au travers de la pompe (150),
    - une étape de chauffage du fluide de travail au travers du premier échangeur de chaleur (110),
    - une étape de détente d'une première partie du fluide de travail issu du premier échangeur (110) au travers de l'expanseur (120),
    - une étape de refroidissement de la première partie du fluide au travers du deuxième échangeur de chaleur (130),
    caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes au sein de l'injecteur (140) :
    - une étape de détente d'une deuxième partie du fluide de travail issue du premier échangeur (110) au travers de l'injecteur (140),
    - une étape de mélange au sein de l'injecteur (140) du fluide de travail issu de la sortie (130b) du deuxième échangeur (130) et de ladite deuxième partie du fluide de travail issue du premier échangeur (110), de manière à fournir en sortie (140a) d'injecteur (140) un fluide mélangé présentant une pression supérieure à celle du fluide de travail issu de la sortie (130b) du deuxième échangeur (130).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017204780A1 (fr) * 2016-05-23 2017-11-30 Siemens Energy, Inc. Centrale électrique à cycle combiné comportant une pompe de recirculation de condensat utilisant l'effet venturi
CN110185511B (zh) * 2019-04-25 2021-07-09 昆明理工大学 一种中低温余热驱动闪蒸-喷射-吸收复合循环冷热电联供系统
CN111852582B (zh) * 2020-07-03 2023-02-24 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 凝水系统和蒸汽动力装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05118206A (ja) * 1991-10-24 1993-05-14 Toshiba Corp 有機媒体利用動力プラント
JP2004332626A (ja) * 2003-05-08 2004-11-25 Jio Service:Kk 発電装置及び発電方法
DE102009031150A1 (de) * 2008-12-17 2010-07-01 Kempe, Sebastian Solarthermische Fluidenenergiemaschine
JP5799853B2 (ja) * 2012-02-23 2015-10-28 三浦工業株式会社 バイナリ発電システム
CN103775145A (zh) * 2014-01-15 2014-05-07 天津大学 带双引射增压装置的有机朗肯循环系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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