EP3271562A1 - Système de production d'énergie ou de couple - Google Patents

Système de production d'énergie ou de couple

Info

Publication number
EP3271562A1
EP3271562A1 EP16713967.4A EP16713967A EP3271562A1 EP 3271562 A1 EP3271562 A1 EP 3271562A1 EP 16713967 A EP16713967 A EP 16713967A EP 3271562 A1 EP3271562 A1 EP 3271562A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
compressor
compressors
pipe
generator
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Withdrawn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
EP16713967.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sébastien Potteau
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.)
Valeo Electrification SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
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 Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP3271562A1 publication Critical patent/EP3271562A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/005—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by changing flow path between different stages or between a plurality of compressors; Load distribution between compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
    • F02C3/13—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having variable working fluid interconnections between turbines or compressors or stages of different rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/14—Gas-turbine plants having means for storing energy, e.g. for meeting peak loads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00—Pumping installations or systems
    • F04D25/02—Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06—Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/582—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/5826—Cooling at least part of the working fluid in a heat exchanger
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00—Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08—Centrifugal pumps
    • F04D17/10—Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a system for producing energy or torque.
  • the invention relates to a torque generating system comprising a combustion engine and a power generation system comprising a fuel cell.
  • the use of a fuel cell is considered as a possible solution.
  • the fuel cell provides electricity from reagents such as air and hydrogen. This production of electricity is advantageous in terms of pollution because it emits only water vapor.
  • the electricity produced supplies the vehicle with the energy available for driving the vehicle or feeding its components.
  • the use of a compressor is expensive in energy.
  • a solution is therefore sought to reduce the cost associated with the use of a gas compression at the intake of an energy or torque generating system such as a system comprising a combustion engine or a system comprising a fuel cell.
  • the invention consists of a system for producing energy or torque comprising:
  • a generator configured to generate an energy or a torque from a gas introduced at an intake of the generator
  • the production system is embedded in a vehicle, the generator being configured to generate a torque for driving the vehicle, or electrical energy for driving the vehicle and / or supplying components embedded in the vehicle.
  • the performance of a compressor is a function of its operating conditions such as the ratio between its inlet pressure and its outlet pressure, its air flow, its rotational speed.
  • each compressor can be used in its best yield area.
  • the compressors can be associated in series or in parallel to each operate at a favorable yield zone with respect to the operating conditions of the generator.
  • each compressor is connected by its gas inlet to a respective first pipe for the admission of gas into said compressor, the first pipes being connected to a common gas inlet pipe, at least one gas-guiding device being configured to control the flow rate between the common gas inlet pipe and at least one of the first pipes;
  • each compressor is connected by its gas outlet to a respective second pipe for the gas outlet of said compressor, the second pipes being connected to a common gas outlet pipe, at least one gas-guiding device being configured for controlling the flow rate between at least one of the second pipes and the common gas outlet pipe.
  • the gas orientation device is a three-way valve.
  • a third pipe connects the gas outlet of one of the compressors to the gas inlet of the other compressor, a gas-guiding device being disposed in said pipe to prevent or allow the circulation of gas. gas in the third pipe so as to selectively put the two compressors in series or not.
  • the third pipe comprises a heat exchanger so as to cool the inlet gas of the compressor located downstream.
  • the pipe system is further configured to isolate at least one of the compressors so that the compressor does not receive or emit gas.
  • the compressor does not receive or emit gas.
  • the compressors are configured to operate alternately.
  • each compressor operates alternately over a period of time.
  • one of the compressors operates, that is to say, compresses gas at the inlet of the generator ; while the other generator does not deliver gas to the admission to the intake of the generator, in particular this generator is stopped or is in standby.
  • the time period is between 3 and 15 seconds, or even 15 seconds.
  • At least one of the compressors is driven by exhaust gases delivered by the generator.
  • At least one of the compressors is driven by an electrical energy.
  • the electrical energy is provided by a storage of electrical energy such as a battery, including a battery of the vehicle in which the system is embedded.
  • the compressor is driven by an electric motor with variable reluctance.
  • the generator is a combustion engine that delivers a torque.
  • this pair is intended to cause a displacement of the vehicle in which the system is embedded.
  • the torque can be transmitted to one or more wheels of the vehicle.
  • the generator is a fuel cell that delivers electrical energy.
  • this electrical energy is intended to drive an electric motor for a movement of the vehicle in which the system is embedded.
  • FIG. 1 is a graph showing the efficiency of a compressor as a function of compressor parameters
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of a mode of operation in parallel of a system according to the invention
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a mode of series operation of a system according to the invention.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of a mode of operation of a system according to the invention in which a single compressor operates;
  • FIG. 7 represents a series mode of operation of a system which comprises a heat exchanger in its channeling system.
  • compressor is intended to mean a gas compressor, in particular air, volumetric or otherwise, centrifugal or radial, for example, compressing a gas in order to supercharge a torque generator such as a combustion engine. combustion or compressing reagents feeding a fuel cell to generate electrical energy.
  • the compressor is an air supercharger.
  • FIG. 1 shows the efficiency of a compressor as a function of the output pressure ratio on the inlet pressure on the ordinate, and the air flow rate (kg / s or m 3 / h or m 3 / s) on the abscissa. .
  • the curves 1 are isovitesse curves whose units are in rpm.
  • Zone 2 of better performance corresponds to a yield greater than about 75%.
  • the compressor can be made to work in a zone of low efficiency for example in zone 3 which corresponds to a yield of less than 30%.
  • FIG. 2 An example system 100 according to the invention is illustrated in FIG. 2.
  • the system 100 comprises two compressors 101, 102 and a ducting system 103 which connects the air intake to the inputs of the compressors 101, 102, the compressor outlets 101, 102 at the inlet of the fuel cell (not shown), and the output of a first compressor 101 at the inlet of a second compressor 102.
  • the first compressors 101, 102 are connected by their air inlet to a first pipe 101a, 102a respectively for the admission of air.
  • the first ducts 101a, 102a receive intake air through a common air intake duct Ce.
  • the first compressors 101, 102 are connected by their air outlet to a second pipe 101b, 102b respectively for the air outlet to the fuel cell.
  • the second pipes 101b, 102b delivers air into a common air outlet pipe Cs.
  • a third pipe C3 connects the air outlet of the first compressor 101 to the air inlet of the second compressor 102.
  • the pipes of the pipe system 103 can be opened or closed in order to put the compressors 101, 102 in series or in parallel.
  • a first device for orienting the gases D1 is disposed at the intersection of the first conduits 101a, 102a and the Ce input pipe to control the flow between the common gas inlet pipe Ce and the first pipes 101a, 102a.
  • a second gas guidance device D2 is disposed at the intersection of the second pipes 101b, 102b and the outlet pipe Cs to control the flow rate between the second pipes 101b, 102b and the common air outlet pipe Cs.
  • the first D1 and the second D2 gas orientation device can each be implemented by a three-way valve that allows the pipes to communicate in pairs.
  • a third gas-guiding device D3 is disposed in the third pipe C3 to prevent or allow the flow of air between the first compressor 101 and the second compressor 102.
  • the compressors 101, 102 operate in parallel.
  • the first gas-guiding device D1 keeps open the first ducts 101a, 102a so that they receive air conveyed by the common inlet duct Ce, and the second D2 gas-guiding device Dl keeps the ducts open.
  • second pipes 101b, 102b for delivering air to the common outlet pipe Cs.
  • the third gas guiding device D3 closes the third duct D3 to prevent air exchange between the first 101 and the second compressor 102.
  • This mode of parallel operation is particularly advantageous when the fuel cell is operating at full load, for example a load greater than 75%.
  • the first compressor 101 operates for a period of time, 15s for example, while the other compressor 102 is stopped or in standby.
  • the second compressor 102 operates, while the other compressor 101 is stopped or in standby.
  • This alternating operation makes it possible to distribute the heating linked to the operation of the compressor between the two compressors. This heating is in particular due to the temperature increase of the compressor bearings. While one of the compressors compresses the air, the other does not work which allows its cooling. This is particularly advantageous when the two compressors 101, 102 are electrically driven.
  • the compressors 101, 102 operate in series.
  • the first gas-guiding device D1 keeps open the first duct 101a of the first compressor 101 and closes the first duct 102a of the second compressor 102 so that the air conveyed by the common inlet duct Ce passes only through the first compressor 101
  • the third gas-guiding device D3 is opened to allow the compressed air by the first compressor 101 to enter the second compressor 102.
  • the second gas-guiding device D2 keeps open the second pipe 102b of the second compressor 102 and closes the second pipe 101b of the first compressor 101 so that the air delivered to the Cs common output channel only comes from the second compressor 102.
  • This mode of series operation is particularly advantageous when the fuel cell operates at medium load, for example between 50% and 75%.
  • the pressure PO of the air conveyed to the first compressor 101 is lbar
  • the pressure P1 at the outlet of the first compressor 101 is 1.5bar
  • the pressure P2 at the outlet of the second compressor 102 is 2.25bar.
  • the second compressor 102 In FIG. 4, only the first compressor 101 operates, the second compressor 102 being at standstill or in standby.
  • the gas orientation devices D1, D2, D3 respectively close the first pipe 102a of the second compressor 102, the second pipe 102b of the second compressor 102 and the third pipe C3, thus making it possible to isolate the second compressor 102 from the air circulating in the pipe system 103.
  • This mode of operation is particularly advantageous when the fuel cell operates at medium load, for example between 25% and 50%.
  • the second compressor 102 operates, while the first compressor 101 is at rest or in standby.
  • the choice of one or the other of the compressors 101, 102 may be determined by a heating of the compressor, for example linked to a previous activity of the compressor. Thus, for example, the compressor having the lowest temperature can be selected for this mode of operation.
  • the compressors 101, 102 may be driven electrically or by exhaust gases produced by the fuel cell.
  • the two compressors 101, 102 are electrically driven by an electric motor integrated in the compressor.
  • the electric motor of the electric compressor can be is a DC or AC motor, synchronous, or any other electric motor that can drive the compressor. More specifically, the electric motor can be a variable reluctance motor (also called SRM machine for Switched Reluctance Motor according to the English terminology).
  • the first compressor 101 is electrically driven and the second compressor 102 is driven by a turbine T which receives the exhaust gases produced by the fuel cell G.
  • the compressors 101 , 102 are in parallel.
  • the compressors 101, 102 are in series.
  • the system 100 can comprise a heat exchanger E, allowing the cooling of the air delivered to the fuel cell, and for example the gases from the first mechanical compressor 101.
  • This heat exchanger E corresponds in particular to an exchanger called “RAS "By the skilled person, which means” charge air cooler ".
  • the heat exchanger E ensures a heat exchange between the intake gases and the heat transfer fluid of the heat exchanger E. At the outlet of the heat exchanger E, the gases are at a temperature close to that of the heat transfer fluid of the heat exchanger E.
  • the heat exchanger E is on the third pipe C3 to cool the air between the first compressor 101 and the second compressor 102 when in series.
  • the heat exchanger E can furthermore cool the exhaust gases delivered by the fuel cell G after, for example, these gases have driven the turbine T of the compressor 102.
  • FIGS. 2 to 7 have been described with a fuel cell.
  • the fuel cell could have been replaced by a combustion engine without the description being significantly modified.
  • an intake gas other than air could be used depending on the reagents used for the operation of the fuel cell.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un système de production d'énergie ou de couple (100) comprenant; un générateur configuré pour générer une énergie ou un couple à partir d'un gaz introduit à une admission du générateur; au moins deux compresseurs (101, 102) du gaz à l'admission du générateur; un système de canalisation (103) dans lequel les canalisations (101a, 102a, 101b, 102b, Ce, Cs) sont configurées pour être ouvertes ou fermées afin de mettre sélectivement lesdits compresseurs (101, 102) en série ou en parallèle.

Description

SYSTEM E DE PRODUCTION D'EN ERGI E OU DE COUPLE
DOMAI NE TECHN IQUE
La présente invention concerne un système de production d'énergie ou de couple. En particulier, l'invention concerne un système de production de couple comprenant un moteur à combustion et un système de production d'énergie comprenant une pile à combustible.
ARRI ÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Dans un objectif de diminution des gaz polluants émis par les véhicules, l'utilisation d'une pile à combustible est considérée comme une solution envisageable. Typiquement, la pile à combustible fournit de l'électricité à partir de réactifs tels que l'air et l'hydrogène. Cette production d'électricité est avantageuse en termes de pollution car elle n'émet que de la vapeur d'eau. L'électricité produite alimente le véhicule en énergie disponible pour un entraînement du véhicule ou une alimentation de ses composants. Une augmentation de la pression des réactifs, en particulier de l'air fourni à la pile à combustible, grâce à un compresseur, permet d'améliorer le rendement de la pile à combustible. Cependant, l'utilisation d'un compresseur est coûteuse en énergie.
D'autre part, il est connu d'utiliser un compresseur de suralimentation à l'admission d'air d'un moteur à combustion pour conserver les performances du moteur tout en diminuant sa cylindrée (« downsizing » selon la terminologie anglaise). Com me pour la pile à combustible, l'utilisation d'un compresseur est coûteuse en énergie.
I l est donc recherché une solution pour diminuer le cout lié à l'utilisation d'une compression de gaz à l'admission d'un système de génération d'énergie ou de couple tel qu'un système comprena nt un moteur à combustion ou un système com prena nt une pile à combustible.
RÉSUM É DE L'I NVENTION
L'invention consiste en un système de production d'énergie ou de couple comprenant :
- un générateur configuré pour générer une énergie ou un couple à partir d'un gaz introduit à une admission du générateur ;
- au moins deux compresseurs du gaz à l'admission du générateur ;
- un système de canalisation dans lequel les canalisations sont configurées pour être ouvertes ou fermées afin de mettre sélectivement lesdits compresseurs en série ou en parallèle.
En particulier, le système de production est embarqué dans un véhicule, le générateur étant configuré pour générer un couple pour l'entraînement du véhicule, ou une énergie électrique pour l'entraînement du véhicule et/ou l'alimentation de composants embarqués dans le véhicule.
Le rendement d'un compresseur est fonction de ses conditions de fonctionnement telles que le rapport entre sa pression d'entrée et sa pression de sortie, son débit d'air, sa vitesse de rotation. En utilisant deux compresseurs ou plus, chaque compresseur peut être utilisé dans sa zone de rendement la meilleure. Grâce au système de canalisation, les compresseurs peuvent être associés en série ou en parallèle pour fonctionner chacun à une zone de rendement favorable par rapport aux conditions de fonctionnement du générateur.
Selon un mode de réalisation :
- chaque compresseur est relié par son entrée de gaz à une première canalisation respective pour l'admission de gaz dans ledit compresseur, les premières canalisations étant reliées à une canalisation d'entrée de gaz commune, au moins un dispositif d'orientation des gaz étant configuré pour contrôler le débit entre la canalisation d'entrée de gaz commune et au moins une des premières canalisations ;
- chaque compresseur est relié par sa sortie de gaz à une deuxième canalisation respective pour la sortie de gaz dudit compresseur, les deuxièmes canalisations étant reliées à une cana lisation de sortie de gaz commune, au moins un dispositif d'orientation des gaz étant configuré pour contrôler le débit entre au moins une des deuxièmes canalisations et la canalisation de sortie de gaz commune.
En particulier, le dispositif d'orientation des gaz est une vanne trois voies.
Selon un mode de réalisation, une troisième canalisation relie la sortie de gaz d'un des compresseurs vers l'entrée de gaz de l'autre compresseur, un dispositif d'orientation des gaz étant disposé dans ladite canalisation pour empêcher ou permettre la circulation de gaz dans la troisième canalisation de façon à sélectivement mettre les deux compresseurs en série ou non.
Selon une variante, la troisième canalisation comprend un échangeur de chaleur de manière à refroidir le gaz en entrée du compresseur situé en aval.
Selon un mode de réalisation, le système de canalisation est en outre configuré pour isoler au moins un des compresseurs de sorte que ce compresseur ne reçoive ou n'émette pas de gaz. Ainsi, l'on peut alimenter l'un des deux compresseurs seulement. Ce qui permet d'améliorer le rendement à faible charge d'un véhicule da ns lequel le système est embarqué.
Selon un mode de réalisation, les compresseurs sont configurés pour fonctionner de manière alternée. Notamment, en fonctionnement du système de production, chaque compresseur fonctionne alternativement sur une période de temps. A chaque période de temps un des com presseurs fonctionne, c'est-à-dire comprime du gaz à l'admission du générateur ; alors que l'autre générateur ne délivre pas de gaz à l'admission à l'admission du générateur, en particulier ce générateur est à l'arrêt ou est en veille. Ainsi, l'on évite un échauffement trop important des roulements des compresseurs. Par exemple, la période de temps est comprise entre 3 et 15 secondes, voire est égale à 15 secondes.
Selon un mode de réalisation, au moins un des compresseurs est entraîné par des gaz d'échappement délivrés par le générateur.
Selon un mode de réalisation, au moins un des compresseurs est entraîné par une énergie électrique. En particulier, l'énergie électrique est fournie par un stockeur d'énergie électrique telle qu'une batterie, notamment une batterie du véhicule dans lequel est embarqué le système. Selon une variante, le compresseur est entraîné par un moteur électrique à reluctance variable.
Selon un mode de réalisation, le générateur est un moteur à combustion qui délivre un couple. En particulier, ce couple est destiné à entraîner un déplacement du véhicule dans lequel le système est embarqué. A cet effet, le couple peut être transmis à une ou des roues du véhicule.
Selon un mode de réalisation, le générateur est une pile à combustible qui délivre une énergie électrique. En particulier, cette énergie électrique est destinée à entraîner un moteur électrique pour un déplacement du véhicule dans lequel le système est embarqué.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant aux figures annexées, données à titre d'exemple et dans lesquelles:
- la figure 1 est un graphe montrant le rendement d'un compresseur en fonction de paramètres du compresseur ;
- la figure 2 est un schéma explicatif d'un mode de fonctionnement en parallèle d'un système selon l'invention ;
- la figure 3 est un schéma explicatif d'un mode de fonctionnement en série d'un système selon l'invention ;
- la figure 4 est un schéma explicatif d'un mode de fonctionnement d'un système selon l'invention dans lequel un seul compresseur fonctionne ;
- les figures 5 et 6 représentent respectivement un fonctionnement en parallèle et un fonctionnement en série d'un système dans lequel un des compresseurs est entraîné par une turbine ; - la figure 7 représente un mode de fonctionnement en série d'un système qui comprend un échangeur de chaleur dans son système de canalisation.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Dans la suite de la description, on entend par compresseur, un compresseur de gaz, notamment l'air, volumétrique ou non, centrifuge ou radial par exemple, comprimant un gaz dans le but de suralimenter un générateur de couple tel qu'un moteur à combustion ou de comprimer des réactifs alimentant une pile à combustible pour générer une énergie électrique. Selon un mode de réalisation de l'invention le compresseur est un compresseur de suralimentation en air.
Dans ce qui suit, le système va être décrit avec un pile à combustible, mais la description serait similaire avec un moteur à combustion.
La figure 1 représente le rendement d'un compresseur en fonction du rapport de pression de sortie sur la pression d'entrée en ordonnée, et du débit d'air (kg/s ou m3/h ou m3/s) en abscisse. Les courbes 1 sont des courbes isovitesse dont les unités sont en tours/mn.
La zone 2 de meilleur rendement correspond à un rendement supérieur à environ 75%. Lorsqu'un seul compresseur est utilisé pour comprimer l'air apporté à la pile à combustible, suivant les conditions de fonctionnement de la pile à combustible, le compresseur peut être amené à travailler dans une zone de faible rendement par exemple dans la zone 3 qui correspond à un rendement inférieur à 30%.
Un exemple de système 100 selon l'invention est illustré en figure 2. Le système 100 comprend deux compresseurs 101, 102 et un système de canalisation 103 qui relie l'admission d'air aux entrées des compresseurs 101, 102, les sorties des compresseurs 101, 102 à l'entrée de la pile à combustible (non représentée), et la sortie d'un premier compresseur 101 à l'entrée d'un deuxième compresseur 102.
Les premiers compresseurs 101, 102 sont reliés par leur entrée d'air à une première canalisation 101a, 102a respective pour l'admission d'air. Les premières canalisations 101a, 102a reçoivent de l'air d'admission par une canalisation d'entrée d'air commune Ce. De même, les premiers compresseurs 101, 102 sont reliés par leur sortie d'air à une deuxième canalisation 101b, 102b respective pour la sortie d'air vers la pile à combustible. Les deuxièmes canalisations 101b, 102b délivre de l'air dans une canalisation de sortie d'air commune Cs.
Une troisième canalisation C3 relie la sortie d'air du premier compresseur 101 vers l'entrée d'air du deuxième compresseur 102.
Grâce à des dispositifs d'orientation des gaz Dl, D2, D3, les canalisations du système de canalisation 103 peuvent être ouvertes ou fermées afin de mettre les compresseurs 101, 102 en série ou en parallèle. Un premier dispositif d'orientation des gaz Dl est disposé à l'intersection des premières canalisations 101a, 102a et de la canalisation d'entrée Ce pour contrôler le débit entre la canalisation d'entrée de gaz commune Ce et les premières canalisations 101a, 102a. Un deuxième dispositif d'orientation des gaz D2 est disposé à l'intersection des deuxièmes canalisations 101b, 102b et de la canalisation de sortie Cs pour contrôler le débit entre les deuxièmes canalisations 101b, 102b et la canalisation de sortie d'air commune Cs. Le premier Dl et le deuxième D2 dispositif d'orientation des gaz peuvent être chacun implémenté par une vanne trois voies qui permet de mettre les canalisations en communication deux à deux. Un troisième dispositif d'orientation des gaz D3 est disposé dans la troisième canalisation C3 pour empêcher ou permettre la circulation d'air entre le premier compresseur 101 et le deuxième compresseur 102.
Dans la figure 2, les compresseurs 101,102 fonctionnent en parallèle. Le premier dispositif d'orientation des gaz Dl maintient ouvert les premières canalisations 101a, 102a pour qu'ils reçoivent de l'air acheminé par la canalisation d'entrée commune Ce, et le deuxième D2 dispositif d'orientation des gaz Dl maintient ouvert les deuxièmes canalisations 101b, 102b pour qu'ils délivrent de l'air à la canalisation de sortie commune Cs. Le troisième dispositif d'orientation des gaz D3 ferme la troisième canalisation D3 afin d'empêcher un échange d'air entre le premier 101 et le deuxième 102 compresseur. Ce mode de fonctionnement en parallèle est particulièrement avantageux lorsque la pile à combustible fonctionne à pleine charge, par exemple une charge supérieure à 75%.
Dans une variante du mode de fonctionnement de la figure 2, les compresseurs
101, 102 fonctionnent de manière alternée. Le premier compresseur 101 fonctionne pendant une période de temps, 15s par exemple, alors que l'autre compresseur 102 est à l'arrêt ou en veille. Pendant la période de temps successive le deuxième compresseur 102 fonctionne, alors que l'autre compresseur 101 est à l'arrêt ou en veille. Ce fonctionnement alterné permet de répartir réchauffement lié au fonctionnement du compresseur entre les deux compresseurs. Cet échauffement est en particulier du à l'augmentation de température des roulements du compresseur. Pendant que l'un des compresseurs comprime l'air, l'autre ne fonctionne pas ce qui permet son refroidissement. Ceci est particulièrement avantageux lorsque les deux compresseurs 101, 102 sont entraînés électriquement.
Dans la figure 3, les compresseurs 101,102 fonctionnent en série. Le premier dispositif d'orientation des gaz Dl maintient ouvert la première canalisation 101a du premier compresseur 101 et ferme la première canalisation 102a du deuxième compresseur 102 pour que l'air acheminé par la canalisation d'entrée commune Ce passe seulement par le premier compresseur 101. Le troisième dispositif d'orientation des gaz D3 est ouvert afin de permettre l'air comprimé par le premier compresseur 101 d'entrer dans le deuxième compresseur 102. Le deuxième dispositif d'orientation des gaz D2 maintient ouvert la deuxième canalisation 102b du deuxième compresseur 102 et ferme la deuxième canalisation 101b du premier compresseur 101 pour que l'air délivré à la canalisation de sortie commune Cs provienne seulement du deuxième compresseur 102. Ce mode de fonctionnement en série est particulièrement avantageux lorsque la pile à combustible fonctionne à charge moyenne, par exemple comprise entre 50% et 75%. Par exemple, la pression PO de l'air acheminé au premier compresseur 101 est de lbar, la pression PI en sortie du premier compresseur 101 est de l,5bar et la pression P2 en sortie du deuxième compresseur 102 est de 2,25bar.
Dans la figure 4, seul le premier compresseur 101 fonctionne, le deuxième compresseur 102 étant à l'arrêt ou en veille. Les dispositifs d'orientations des gaz Dl, D2, D3 ferment respectivement la première canalisation 102a du deuxième compresseur 102, la deuxième canalisation 102b du deuxième compresseur 102 et la troisième canalisation C3, permettant ainsi d'isoler le deuxième compresseur 102 de l'air circulant dans le système de canalisation 103. Ce mode de fonctionnement est particulièrement avantageux lorsque la pile à combustible fonctionne à charge moyenne, par exemple comprise entre 25% et 50%. Dans une variante, le deuxième compresseur 102 fonctionne, alors que le premier compresseur 101 est à l'arrêt ou en veille. Le choix de l'un ou l'autre des compresseurs 101, 102 peut être déterminé par un échauffement du compresseur, par exemple lié à une activité antérieure du compresseur. Ainsi, par exemple, le compresseur ayant la température la plus faible peut être choisi pour ce mode de fonctionnement.
Les compresseurs 101, 102 peuvent être entraînés électriquement ou par des gaz d'échappement produits par la pile à combustible. Par exemple, les deux compresseurs 101, 102 sont entraînés électriquement par un moteur électrique intégré dans le compresseur.
Le moteur électrique du compresseur électrique peut être est un moteur à courant continu ou alternatif, synchrone, ou tout autre moteur électrique susceptible d'entraîner le compresseur. Plus précisément, le moteur électrique peut être un moteur à reluctance variable (également appelée machine SRM pour Switched Reluctance Motor selon la terminologie anglaise).
Dans les exemples illustrés en figures 5 et 6, le premier compresseur 101 est entraîné électriquement et le deuxième compresseur 102 est entraîné par une turbine T qui reçoit les gaz d'échappement produits par la pile à combustible G. En figure 5, les compresseurs 101, 102 sont en parallèle. En figure 6, les compresseurs 101, 102 sont en série.
Le système 100 peut comprendre un échangeur de chaleur E, permettant le refroidissement de l'air délivré à la pile à combustible, et par exemple les gaz issus du premier compresseur mécanique 101. Cet échangeur de chaleur E correspond notamment à un échangeur appelé "RAS" par l'homme du métier, qui signifie "refroidisseur d'air de suralimentation". L'échangeur de chaleur E assure un échange thermique entre les gaz d'admission et le fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur E. En sortie de l'échangeur de chaleur E, les gaz sont à une température proche de celle du fluide caloporteur de l'échangeur de chaleur E.
Dans l'exemple de la figure 7, l'échangeur de chaleur E est sur la troisième canalisation C3 pour refroidir l'air entre le premier compresseur 101 et le deuxième compresseur 102 lorsqu'ils sont en série. L'échangeur de chaleur E peut en outre refroidir les gaz d'échappement délivrés par la pile à combustible G, après par exemple que ces gaz aient entraîné la turbine T du compresseur 102.
Les figures 2 à 7 ont été décrites avec une pile à combustible. Cependant, la pile à combustible aurait pu être remplacée par un moteur à combustion sans que la description s'en trouve sensiblement modifiée. En outre, un gaz d'admission autre que l'air pourrait être utilisé suivant les réactifs utilisés pour le fonctionnement de la pile à combustible.
La portée de la présente invention ne se limite pas aux détails donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans s'éloigner du domaine d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de production d'énergie ou de couple (100) comprenant :
- un générateur (G) configuré pour générer une énergie ou un couple à partir d'un gaz introduit à une admission du générateur ;
- au moins deux compresseurs (101, 102) du gaz à l'admission du générateur ;
- un système de canalisation (103) dans lequel les canalisations (101a, 102a, 101b, 102b, Ce, Cs) sont configurées pour être ouvertes ou fermées afin de mettre sélectivement lesdits compresseurs (101, 102) en série ou en parallèle.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel :
- chaque compresseur (101, 102) est relié par son entrée de gaz à une première canalisation (101a, 102a) respective pour l'admission de gaz dans ledit compresseur, les premières canalisations (101a, 102a) étant reliées à une canalisation d'entrée de gaz commune (Ce), au moins un dispositif d'orientation des gaz (Dl) étant configuré pour contrôler le débit entre la canalisation d'entrée de gaz commune (Ce) et au moins une des premières canalisations (101a, 102a) ;
- chaque compresseur (101, 102) est relié par sa sortie de gaz à une deuxième canalisation (101b, 102b) respective pour la sortie de gaz dudit compresseur, les deuxièmes canalisations (101b, 102b) étant reliées à une canalisation de sortie de gaz commune (Cs), au moins un dispositif d'orientation des gaz (D2) étant configuré pour contrôler le débit entre au moins une des deuxièmes canalisations (101b, 102b) et la canalisation de sortie de gaz commune (Cs).
3. Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel une troisième canalisation (C3) relie la sortie de gaz d'un des compresseurs (101) vers l'entrée de gaz de l'autre compresseur (102), un dispositif d'orientation des gaz (D3) étant disposé dans ladite canalisation (C3) pour empêcher ou permettre la circulation de gaz dans la troisième canalisation de façon à sélectivement mettre les deux compresseurs en série ou non.
4. Système selon la revendication précédente, dans lequel la troisième canalisation (C3) comprend un échangeur de chaleur (E) de manière à refroidir le gaz en entrée du compresseur (102) situé en aval.
5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de canalisation (103) est en outre configuré pour isoler au moins un des compresseurs (102) de sorte que ce compresseur ne reçoive ou n'émette pas de gaz.
6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les compresseurs (101, 102) sont configurés pour fonctionner de manière alternée.
7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des compresseurs (102) est entraîné par des gaz d'échappement délivrés par le générateur (G).
8. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins un des compresseurs (101) est entraîné par une énergie électrique.
9. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le générateur (G) est un moteur à combustion qui délivre un couple.
10. Système selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le générateur (G) est une pile à combustible qui délivre une énergie électrique.
EP16713967.4A 2015-03-19 2016-03-16 Système de production d'énergie ou de couple Withdrawn EP3271562A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1552255A FR3033836B1 (fr) 2015-03-19 2015-03-19 Systeme de production d'energie ou de couple
PCT/FR2016/050585 WO2016146945A1 (fr) 2015-03-19 2016-03-16 Système de production d'énergie ou de couple

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3271562A1 true EP3271562A1 (fr) 2018-01-24

Family

ID=53008784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16713967.4A Withdrawn EP3271562A1 (fr) 2015-03-19 2016-03-16 Système de production d'énergie ou de couple

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180058461A1 (fr)
EP (1) EP3271562A1 (fr)
JP (1) JP2018510288A (fr)
FR (1) FR3033836B1 (fr)
WO (1) WO2016146945A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018214710A1 (de) * 2018-08-30 2020-03-05 Audi Ag Brennstoffzellenvorrichtung, Verfahren zum Betreiben einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung
JP7047723B2 (ja) * 2018-11-20 2022-04-05 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
JP7160025B2 (ja) * 2019-12-23 2022-10-25 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1231668A (fr) * 1967-12-30 1971-05-12
SE500150C2 (sv) * 1992-08-28 1994-04-25 Abb Carbon Ab Sätt och anordning för att tillföra tillskottsluft till en brännkammare vid en gasturbinanläggning
US5680752A (en) * 1992-08-28 1997-10-28 Abb Carbon Ab Gas turbine plant with additional compressor
US5970728A (en) * 1998-04-10 1999-10-26 Hebert; Thomas H. Multiple compressor heat pump or air conditioner
DE102011119881A1 (de) * 2011-12-01 2013-06-06 Daimler Ag Aufladeeinrichtung für eine Brennstoffzelle, insbesondere eines Kraftwagens
GB2500192B (en) * 2012-03-12 2015-11-18 Jaguar Land Rover Ltd Compact Multi-Stage Turbo Pump
ITFI20120075A1 (it) * 2012-04-12 2013-10-13 Nuovo Pignone Srl "compressed-air energy-storage system"

Also Published As

Publication number Publication date
FR3033836B1 (fr) 2018-08-03
FR3033836A1 (fr) 2016-09-23
JP2018510288A (ja) 2018-04-12
WO2016146945A1 (fr) 2016-09-22
US20180058461A1 (en) 2018-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5477866B2 (ja) 新規で高められたスーパチャージ内燃機関、及びシステム
US8495875B2 (en) Turbocharger for an internal combustion engine
CN111373154A (zh) 涡轮压缩机，尤其用于燃料电池系统
JP5734420B2 (ja) 内燃機関用スーパーチャージャ
FR2934087A3 (fr) Systeme et procede de refroidissement d'une batterie de vehicule electrique, batterie et station de refroidissement d'une batterie
US20250035185A1 (en) Mechanical renewable green energy production
FR3050761B1 (fr) Regulation du debit d'huile dans un circuit de refroidissement d'une turbomachine
EP3271562A1 (fr) Système de production d'énergie ou de couple
US20190112971A1 (en) Hybrid turbocharger system and method
EP2616260B1 (fr) Chaine de traction pour vehicule hybride
FR3070432B1 (fr) Ensemble d’un circuit de refroidissement pour un moteur thermique et une boite de vitesses
EP0016160A1 (fr) Systeme de freinage et de recuperation de l'energie cinetique d'un vehicule
EP4193404A1 (fr) Dispositif d'alimentation de cathode d'une pile à combustible en air sous pression, à refroidissement optimisé
FR3092039A1 (fr) Ensemble d’un moteur electrique et d’un systeme d’echange de chaleur a fluide
FR2958325A1 (fr) Moteur thermique suralimente et procede de regulation dudit moteur
FR2947860A1 (fr) Systeme de generatrice electrique et turbine pour la recuperation d'energie contenue dans les gaz d'echappement d'un moteur thermique.
FR3069025A1 (fr) Appareillages et alimentateurs pour producteurs d'energie
FR2860923A1 (fr) Dispositif et procede d'alimentation energetique d'un systeme auxiliaire pile a combustible
JP2012047186A (ja) シングル・ハイブリッド・エアー循環回路
FR3022089A1 (fr) Dispositif electrique a pompe a eau entrainee par l’axe du rotor, pour une chaine de transmission d’un vehicule hybride
FR2899938A1 (fr) Moteur comportant un compresseur a ondes de pression pour une gestion simultanee du taux de recirculation de gaz d'echappement et d'une pression de suralimentation
JP2012047187A (ja) ツイン・ハイブリッド・エアー循環回路
CH293240A (fr) Installation de turbine à gaz.

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20170915

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20191022

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20200506

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20200917