EP3814611B1 - Method and device for converting thermal energy - Google Patents

Method and device for converting thermal energy Download PDF

Info

Publication number
EP3814611B1
EP3814611B1 EP19744766.7A EP19744766A EP3814611B1 EP 3814611 B1 EP3814611 B1 EP 3814611B1 EP 19744766 A EP19744766 A EP 19744766A EP 3814611 B1 EP3814611 B1 EP 3814611B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
flow
energy
ima
circulation loop
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.)
Active
Application number
EP19744766.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3814611A1 (en
EP3814611C0 (en
Inventor
Jean-Edmond Chaix
Patrick Bouchard
Guillaume LE GUEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HEVATECH
Original Assignee
Hevatech
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hevatech filed Critical Hevatech
Publication of EP3814611A1 publication Critical patent/EP3814611A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3814611C0 publication Critical patent/EP3814611C0/en
Publication of EP3814611B1 publication Critical patent/EP3814611B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/005Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of liquid and steam or evaporation of a liquid by expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K1/00Steam accumulators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • F01K25/065Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids with an absorption fluid remaining at least partly in the liquid state, e.g. water for ammonia
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/186Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using electric heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat

Definitions

  • the field of the invention is that of technologies for recovering heat, in particular waste industrial heat.
  • the invention relates in particular to a process for converting thermal energy into mechanical energy, then, preferably, into electrical energy and/or into cooling energy.
  • the invention also relates to a device for implementing this method.
  • Fatal heat is the residual heat resulting from a process and not used by it (smoke, drying mist, exhaust from a heat engine, etc.)
  • the sources of fatal heat are very diversified. These may be energy production sites (nuclear power plants), industrial production sites, tertiary buildings which emit more heat as they consume a lot of it, such as hospitals, transport networks in closed place, or disposal sites such as thermal waste treatment units.
  • Fatal heat represents around 50% of global energy consumption, all areas combined.
  • the heat transfer fluid is heated by means of capturing solar energy.
  • the heat transfer fluid is for example oil while the first fluid is a thermodynamic flow, for example water or a water/glycerol mixture.
  • This dual-phase mixture is a flow of heat transfer fluid in the form of oil droplets and thermodynamic fluid in the form of water vapour, at high temperature.
  • the kinetic energy of this flow is transformed into mechanical energy by means of a turbine of the Pelton turbine type, driving an electric alternator.
  • the oil/water mixture is recovered at the turbine outlet and the 2 fluids are separated, which are then reused in this energy conversion of heat into mechanical energy and then into electricity.
  • thermokinetic conversion technique which is economical, reliable, efficient, eco-compatible and with improved yield.
  • This system has a low investment and maintenance cost.
  • the method comprises, for the implementation of step VII, the choice of a ratio Rd of the mass flow rate of the fluid FT to the total mass flow rate of the fluid FC and of the fluid FT, is between 1 and 20%, preferably between 3 and 18%, and more preferably still between 5 and 15%.
  • the thermal energy to be converted is contained in a fatal fluid FF, part of the calories of which is first transferred to FC (stage II), and of which another part of the calories is then transferred to FT for its heating and, preferably, for its vaporization (stages V and VI).
  • the temperature of FF at the outlet of the FC and FT heating exchangers can be advantageously adapted, before FF is evacuated outside. Indeed, when FF is loaded with solid particles, FF is evacuated outside, preferably, after having been subjected to a treatment of extraction of these solid particles by filtration, which imposes a maximum temperature of FF, in order to do not degrade the filters (typically ⁇ 200°C).
  • the final temperature of the FF is adapted to the filtration constraints, if necessary, before its evacuation outside and/or to the constraints corrosion, because it is possible to optimally size the heat exchangers used in this process, and in particular the temperature of FF at the outlet of the FF/FT exchanger for heating FT.
  • the temperature of the fluid FF at the end of stages II, V or even VI is between 100 and 200°C and even more preferably between 180°C and 200°C.
  • step VII the injection of the flow f t of the thermodynamic fluid FT into an injection chamber of the IMA takes place at a speed of between 40 and 300 m/s, preferably between 50 and 150 m /s and, even more preferably, between 60 and 100 m/s.
  • the flow f t is preferably accelerated and expanded in at least one chamber of suitable profile, preferably in a nozzle.
  • step VIII the flow f t is subjected, during at least one step (VIII°) to pre-acceleration by expansion, preferably quasi-isothermal or polytropic, of the flow f', in at least a chamber of suitable profile, preferably in a nozzle; this step (VIII°) being advantageously implemented in the same chamber of suitable profile as that of step (VIII).
  • FT is an aqueous liquid, preferably chosen from the group comprising—ideally consisting of—water, glycerol and their mixtures.
  • FC is chosen from vegetable or mineral oils, preferably from oils which are immiscible with water and/or which have a varnish appearance temperature greater than or equal to 200° C., preferably 300° C. C, and, more preferably still from vegetable oils; FC being ideally chosen from the group comprising -ideally composed of-: castor oil and/or olive oil.
  • the fatal fluid FF initially has a temperature greater than or equal to 200° C. and preferably greater than or equal to 300° C., and/or is chosen from gaseous fluids and, more preferably still, in the group comprising - ideally made up of -: hot air, water vapours, engine exhaust gases, smoke, in particular industrial smoke, heat from flames and heat from dryers, or among the liquid fluids ( e . g . as is the case in concentrated solar installations).
  • the method according to the invention is distinguished in that it implements at least one of the following characteristics: C1.
  • the operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the spraying of stage III and after the compression of the flow f c0 of FC in stage XII, is such that - in increasing order of preference -: 3 ⁇ pf vs 0 ⁇ 30 ; 5 ⁇ pf vs 0 ⁇ 25 ; 10 ⁇ pf vs 0 ⁇ 15 C2.
  • the operating pressure Pf t (in bars) of the flow f t before the injection during stage VII and after the compression of the flow f t00 of FC in stage XIV is such that - in ascending order of preference -: 3 ⁇ pf you ⁇ 30 ; 5 ⁇ pf you ⁇ 25 ; 10 ⁇ pf you ⁇ 15 C3.
  • Pf c0 and Pf t are identical or different, preferably identical; C4.
  • the pressure Pf c1/t of the flow f c1/t after stage IX of conversion of kinetic energy into mechanical energy, in bars and in increasing order of preference, is such: pf c1/t ⁇ 2 ; 0.3 ⁇ pf c1/t ⁇ 1.5 ; of the order of 1 bar (atmospheric pressure).
  • the size of the FC droplets making up the fragmented flow generated in step (III) is between 100 and 600 ⁇ m, preferably between 200 and 400 ⁇ m.
  • the IMA comprises at least one mixer with nozzles of the fragmented stream f c0 and of the stream f t in the form of vapor.
  • the IMA advantageously comprises at least one acceleration nozzle connected to the outlet of the mixer or mixers.
  • the converter of the accelerated flux f c1/t into mechanical energy is constituted by at least one turbine, preferably an action turbine.
  • this transformer of mechanical energy into refrigerating energy consists of at least one direct drive of the shaft of the compressor of the refrigerating machine.
  • FIG. 1 diagrammatically illustrates the principle and the means of the system according to the invention for converting thermal energy into mechanical then electrical energy.
  • Block -1- symbolizes a fatal heat source contained in a fatal fluid (FF). It may be for example a smoke-emitting industrial process (FF).
  • FF temperature T°
  • FF temperature T 2
  • FF flue gas treatment installation FF
  • FF stripped of at least some of the solid elements is evacuated through line 23 to a chimney 6 which releases FF into the ambient air.
  • the device symbolized on the figure 1 further comprises an injector-mixer-accelerator (IMA) 10ii producing a mixed and accelerated double-phase flow f c1/t , a converter 11iii of the kinetic energy of the mixed and accelerated double-phase flow f c1/t , into mechanical energy, and a 12iv transformer of this mechanical energy into electrical energy.
  • IMA injector-mixer-accelerator
  • the converter 11iii is for example a Pelton-type action turbine and the transformer 12iv, an electric generator.
  • a fluid circulation loop FC and a fluid circulation loop FT are provided.
  • FT is advantageously selected from the group comprising: water, glycerol, and mixtures thereof.
  • FC is advantageously selected from vegetable or mineral oils which are immiscible with water, for example castor oil and/or olive oil.
  • the fatal fluid FF consists eg of fumes.
  • FT is, for example, water identified by the references e1 to e6
  • FC is, for example, castor oil, identified by the references h1 to h3
  • the fumes FF are identified by the references f1 to f3.
  • a liquid flow f c0 of oil h1 at the temperature Th1, for example between 200 and 350° C., and at a pressure Ph1 travels in the pipe 34, thanks to the oil pump 35 for circulating f c0 , then a liquid flow f c0 of oil h2 at a pressure Ph2 greater than Ph1, reaches the oil inlet of the heat exchanger 3i fumes f1 / oil h2, through line 31.
  • the fumes f1 enter the exchanger via another inlet, and preferably countercurrent to the liquid flow f c0 .
  • the operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the spraying in step III and after the compression of the flow f c0 of FC in step XII is for example between 10 and 20 bars.
  • the flow f c0 of oil h3 heated in step (II) is collected at the outlet of exchanger 3i via line 33, at the temperature Th3 > Th1 & Th2, for example between 200 and 350° C., then enters in IMA 10ii.
  • the speed V of the flow f c0 is, for example, between 10 and 20 m/s.
  • the IMA 10ii includes a fragmenter which transforms this liquid flow f c0 of h3 oil into a mist of h3 droplets.
  • the size of these droplets is for example between 200 and 400 ⁇ m.
  • a liquid flow f t0 of water e1 travels in the pipe 46, thanks to the water pump 47 for circulating f t0 , then a liquid flow f t0 of water e2, at a temperature Te2, for example between 40 and 80°C, lower than Te cond , reaches the water inlet of the heat exchanger 4i fumes f2 / water e2, through the line 41.
  • the operating pressure Pf '(in bars) of the flow f t before the spraying of stage III and after the compression of the flow f t00 of FC in stage XIV is for example identical to Pf c0 and between 10 and 20 bars.
  • the flow f t of water e3 heated in step (V) and at least partly consisting of steam, is collected at the outlet of the exchanger 4i through the pipe 43, at the temperature Te3> Te1 & Te2, for example included between 180 and 250°C, then enters the IMA 10ii.
  • Te3 advantageously corresponds to the evaporation temperature Te vap of the FT, in this case of water.
  • the speed V of the vapor flow f t is, for example, between 60 and 100 m/s.
  • step (VI) of heating the flow f t of water e3 flow f t , to vaporize it so that its vapor content is greater than or equal to 0.9; preferably at 0.95, is achieved by suitable sizing of the exchanger 4i.
  • This acceleration increases the speed of the flow f c1 mixed with the flow f t , from 10 to 20 m/s, to a speed Vf c1/t greater than or equal to 100 m/s, for example between 120 and 140 m/s.
  • This biphasic mixed flux f c1/t e3m becomes the accelerated biphasic mixed flux f c1/t e4.
  • FIG. 2B which represents the cycle described by the flow f t of vapor e3 between the hot source and the cold source in space T temperature and S entropy, shows that the expansion of stage (VII), is an isothermal expansion up to the mixture of the vapor flow f t and the fragmented flow f c1 , which induces quasi-isothermal expansion down to the flow f c1/t e3m.
  • stage (VII) is an isothermal expansion up to the mixture of the vapor flow f t and the fragmented flow f c1 , which induces quasi-isothermal expansion down to the flow f c1/t e3m.
  • step (VIII) of acceleration and expansion of the biphasic mixed flow f c1/t corresponds to step (VIII) of acceleration and expansion of the biphasic mixed flow f c1/t .
  • step (X) Before the separation of step (X), the flow f c1/t e4 which has become e5 and released from a large part of its kinetic energy, is characterized by a pressure Pf c1/t approximately equal to or equal to atmospheric pressure.
  • step (X) After the separation of step (X), the flow f c1/t e5 is divided into a flow f t100 e6 and a flow f c0 h1. f c1/t and f t100 are recovered separately according to step (XI).
  • step (XII) the flow rate is compressed and increased by f c0 .
  • the flow f t00 of water vapor e6 sees its temperature drop to reach the temperature Te1 of the flow f t0 at least partly of liquid water e1, during the condensation step according to step (XIII).
  • step (XIV) the circulation speed is compressed and increased by f t0 .
  • the expansion of the flow f t in the enclosure also receiving the flow f c1 of fluid mist FC generates a horn effect caused by a driving flow, namely the flow f t of FT, on an aspirated flow, namely the flow f c1 of FC.
  • This horn effect is determined by the configuration of the IMA 10ii mixing chamber.
  • This variant involves performing a step (VIII°) of pre-acceleration of the flow f t by expansion, preferably polytropic, of the flow f t .
  • FIG. 3A shows the diagram of the system according to this "double expansion" variant.
  • the present invention relates to a device in particular for implementing the method according to the invention.
  • This device includes:
  • This is, for example, an expansion nozzle whose profile is optimized to accelerate the speed of the flow of FT vapor.
  • the 10M mixer(s) included in the IMA 10ii can be a mixer(s) in which the splitter(s) is a nozzle splitter and / or any other device known per se comprising a suitable fragmenter.
  • the mixing chamber 50 has in this embodiment the general shape of an ogive, provided with an upstream wall 53, a longitudinal wall 54, and a downstream end portion 55 of convergence.
  • the upstream wall 53 is connected to the conduit 51 for admission of FT inside the mixing chamber 50.
  • a nozzle holder 56 connects the inlet duct 51 to a terminal nozzle 57 for ejecting the flow f t of vapor e3i into the enclosure 58 of the mixing chamber 50.
  • the nozzle holder 56 comprises in its end part a nozzle 57 making it possible to carry out step (VIII) of acceleration and expansion of the flow f t , preferably quasi-isothermal or by default polytropic, of the flow f t of vapor e3 ( Figure 3A ) so as to obtain the flow f t of vapor e3i ejected.
  • the nozzle holder 56 is an internal and axial segment with respect to the mixing chamber.
  • the terminal FT ejection nozzle 57 comprises an outlet orifice 57 s for the flow f t of vapor e3, arranged in the vicinity of the end part of the smallest dimension of the converging ogival chamber 50 .
  • the pipe 52 for inlet of the flow f c0 of FC into the mixing chamber 50 extends in a direction orthogonal with respect to the pipe 51 for the inlet of the flow f t of FT.
  • This pipe 52 opens into a circular pre-chamber 60 located in the upstream part of the chamber 50 in the form of an ogive.
  • This pre-chamber 60 distributes the flow f c0 of FC to a set of peripheral nozzles 61,62 distributed evenly around the nozzle holder 56, according to 2 levels, a central upstream level: nozzles 62 and a peripheral downstream level: nozzles 61.
  • the downstream end part 55 of convergence of the mixing chamber 50 is secured to the longitudinal wall 54 of this mixing chamber 50, by means of an upstream system of flanges and bolts designated by the general reference 63 on the figure 4 .
  • a circular sealing gasket 64 is arranged between this downstream end part 55 and the longitudinal wall 54.
  • Another downstream system 66 of flanges and bolts allows the attachment of the downstream end part 55 of the ogival chamber 50 to a conduit of acceleration 67.
  • the latter consists of a nozzle (of which only the upstream part and represented on the figure 4 ), collects the biphasic mixed flow f c1/t (referenced e3m on the Figure 3A ) to make it undergo an acceleration.
  • the nozzles 61 and 62 which are for example and in this case those which comprise an end portion in the form of a helical (“corkscrew”).
  • the nozzle holder 56 with an upstream constriction 59, as well as the acceleration nozzle 67 are also parts known per se and suitable for the performance of the vapor or biphasic vapor/oil fluid acceleration function.
  • the end of the outlet orifice 57 s of the terminal ejection nozzle 57 is placed at a distance d from the terminal part upstream of the inlet of the acceleration duct 67 of diameter D, such that: D ⁇ d ⁇ 3D, preferably 1.5D ⁇ d ⁇ 2.5D.
  • the converging ogival structure of the mixing chamber 50 makes it possible to generate a horn effect by which the flow f * of FT is a motive fluid which entrains the aspirated fluid constituted by the mist of fluid droplets FC (oil) flux f c1 .
  • This horn effect makes it possible to reduce the pressure at the outlet of the pump 35 of the fluid FC and therefore to reduce the power consumed.
  • the kinetic energy converter 11iii comprises a heat-insulated enclosure 150 formed of two domed half-shells 152 of elliptical shape advantageously welded to two flanges 154.
  • the welding of the two half-shells 152 forms a sealed enclosure 150 of substantially vertical axis B and perpendicular to the axis A of the injector 151.
  • the bottom of the enclosure 150 forms, for example, the heat transfer fluid reservoir FC (oil) where the latter is collected after it has passed through the converter 11iii, as will be described later. .
  • a tank 155 is arranged inside the enclosure 150.
  • This tank 155 is formed of a bottom 156 of substantially frustoconical or funnel-shaped shape and a wall 157 of substantially cylindrical shape extending from bottom 156, bottom 156 and wall 157 extending along axis B.
  • a cylindrical action wheel 158 is rotatably mounted on tank 155 via a shaft 159 extending along axis B substantially vertical.
  • the action wheel 158 is placed facing the injector 20 so that the jet injected by the latter drives the action wheel 158 and the shaft 159 in rotation so as to transform the axial kinetic energy of the jet into energy. kinetics of rotation of the shaft 159.
  • the action wheel 158 is arranged in the enclosure 150.
  • the impeller 158 includes a plurality of blades 160 extending substantially radially and having a concave shape.
  • the concavity 161 of the blades 160 is turned towards the injector 151 so that the injected jet coming from the injector reaches said concavities 161 and causes the rotation of the wheel 158.
  • the concavity of the blades 160 has an asymmetrical shape with respect to a axis C passing through the bottom 162 of the concavities and substantially perpendicular to these concavities, that is to say substantially parallel to the axis A located above the axis C. This asymmetry determines for each blade 160 an upper part 163 extending above the C axis and a lower part 164 extending below the C axis.
  • the upper part 163 and the lower part 164 have radii of curvature and different lengths.
  • the radius of curvature of the lower part 164 is greater than the radius of curvature of the upper part 163, while the length of the lower part 164 is greater than the length of the upper part 163.
  • the injector 151 is arranged to inject the jet on the upper part 163 of the blades 160.
  • the position of the injection of the jet on the blades 160 as well as the particular shape of the latter make it possible to lengthen the path of the jet in the blades 160 and to improve the stratification of this jet at the outlet of the blades, which allows the subsequent separation of the heat transfer fluid and the high temperature gas.
  • the exit angle of the jet of the blades 160 is substantially between 8° and 12° so that the jet at the vane outlet 160 has a greater kinetic energy than in a conventional Pelton turbine where the outlet angle of the vanes is substantially between 4° and 8°. This increase in kinetic energy makes it possible to improve the separation of the heat transfer fluid and the gas at high temperature.
  • the jet enters a deflector 165 extending under the blades 160 and arranged to redirect the fluid received towards the wall 157 of the tank 155.
  • the deflector 165 makes it possible to stratify the mixture of heat transfer fluid and high temperature gas, as shown in the figure 4 of WO2012/089940A2 .
  • the deflector 165 has a shape arranged to recover the mixture leaving the wheel 158 in a substantially vertical direction and to continuously redirect this mixture in a substantially horizontal direction, as shown in the figure 4 of WO2012/089940A2 , so that it leaves the deflector 165 tangentially to the wall 157 of the tank 155, that is to say that the mixture leaves the deflector 165 along the wall 157 of the tank 155.
  • the deflector 165 comprises at least one inlet opening 166 for the mixture of heat transfer fluid and high temperature gas at the outlet of the action wheel 158, said opening extending in a plane substantially perpendicular to the axis B of the impeller 158, that is to say a substantially horizontal plane, and an outlet opening 167 for the mixture, said opening extending in the vicinity of the wall 157 of the tank 155 and in a substantially vertical plane.
  • the inlet opening 166 and the outlet opening 167 are connected to each other by an envelope 168 having a curved shape, as shown in the picture 3 of WO2012/089940A2 .
  • internal walls extend inside the casing 168 substantially parallel thereto so as to define channels for circulation of the mixture in the casing and to separate several inlet openings and a corresponding number of exit openings.
  • the separation of the heat transfer fluid and the high temperature gas begins in the blades 160 by the centrifugation of the mixture due to the shape of the blades 160. Passing through the deflector 165, the rest of the mixture is stratified and passes continuously from a flow along the exit direction of the impeller 158 to a flow tangential to the wall 157 of the tank 155, as represented on the figure 4 of WO2012/089940A2 .
  • This tangential flow causes a centrifugation of the mixture, due to the cylindrical shape of the wall 157, which makes it possible to complete the separation of the high temperature gas and the heat transfer fluid by cyclone effect.
  • the separation of the mixture is carried out optimally so that the heat transfer fluid and the high temperature gas are more than 98% separated.
  • the fact of providing an action wheel 158 in rotation around a substantially vertical axis B makes it possible to create the cyclone effect on the wall of the tank, because it is possible to place a deflector 165 redirecting the mixture in an appropriate manner.
  • the energy converter comprises several injectors 151, for example six, as in a conventional Pelton turbine and an equal number of deflectors 165.
  • the heat transfer fluid is drawn towards the bottom of the tank 155 by gravity, while the high temperature gas, formed by water vapor moves towards the top of the enclosure 150.
  • the upper part of the enclosure 150 comprises means 169 for recovering the high temperature steam stream f t separated from the heat transfer fluid FC.
  • the high temperature vapor flow f t leaves the enclosure by these recovery means 169 and circulates in the rest of the installation as will be described later.
  • the bottom 156 of the tank 155 comprises means 170 for recovering the heat transfer fluid, so that the latter passes into the reservoir 171 on leaving the tank 157.
  • These recovery means 170 are for example formed by flow holes made in the bottom 156 of the tank 155 and communicating between the tank 155 and the bottom of the enclosure 150.
  • the heat transfer fluid recovered serves in particular to lubricate at least one plain thrust bearing 70 of the hydrodynamic type via which the shaft 159 of the action wheel 158 is rotatably mounted on the bottom 156 of the tank 155.
  • the plain thrust bearing 172 is immersed in the heat transfer fluid recovered by the recovery means 173.
  • Such a bearing 172 makes it possible to ensure the rotation of the shaft 159 at high speed in a high temperature environment with a long service life, unlike conventional ball bearings.
  • the installation of the bearing 172 inside the enclosure 150 makes it possible to have no sealing problem and to avoid coolant leaks which could be dangerous.
  • the converter 11iii comprises two plain thrust bearings 172.
  • a circulation pump 173 for heat transfer fluid FC (oil), for example of the volumetric type, is mounted on the shaft 159 via a homokinetic joint 174.
  • This pump is connected to an outlet pipe 175 connecting the inside of the enclosure 150 to the outside and allowing the heat transfer fluid to circulate towards the rest of the installation 1.
  • the circulation pump 72 is arranged to suck the heat transfer fluid FC from the reservoir 171 and to inject it into the outlet pipe 175.
  • the circulation pump has no drive motor since its actuation is ensured by the rotation of the shaft 159 of the action wheel 158 driven by the jet injected by the injector 151.
  • the shaft 159 of the action wheel 158 comes out of the enclosure 151 via a piston 184 arranged to ensure sealing between the interior of the enclosure 151 and the exterior of the enclosure 151 , for example a Swedish piston.
  • the shaft 159 rotates the rotor of the alternator 12iv, advantageously of the permanent magnet type.
  • This alternator 12iv makes it possible to transform the kinetic energy of rotation of the shaft 159 into electrical energy.
  • the 12iv alternator is cooled, at its air gap, by a fan 180 mounted on its rotor and by a water circulation pipe, forming the cooling yoke 181, which sheaths its stator.
  • the water supplying the cooling cylinder head 181 comes from a water supply source and is brought to the cylinder head by a volumetric pump 182 actuated by the shaft 159 via a reducer 183.
  • the pump 108 is devoid of an actuating motor.
  • Cooling cylinder head 181 serves to cool alternator 12iv and to preheat the water, as previously described.
  • the flow f t of water vapor collected by the recovery means 169 provided in the enclosure 151 of the figure 5 is cooled by a condenser 45 to be transformed into a flow f t0 of liquid thermodynamic fluid FT (water) before being recycled.
  • This may be, for example, an air cooler type condenser or an exchanger whose secondary is supplied with water at a temperature below 60°C (river, canal, etc.).

Description

Domaine techniqueTechnical area

Le domaine de l'invention est celui des technologies de valorisation de la chaleur, en particulier de la chaleur fatale industrielle.The field of the invention is that of technologies for recovering heat, in particular waste industrial heat.

L'invention concerne en particulier un procédé de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, puis, de préférence, en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique.The invention relates in particular to a process for converting thermal energy into mechanical energy, then, preferably, into electrical energy and/or into cooling energy.

L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.The invention also relates to a device for implementing this method.

Etat de l'art - Problème technique State of the art - Technical problem

La chaleur fatale est la chaleur résiduelle issue d'un procédé et non utilisé par celui-ci (fumée, buée de séchage, échappement d'un moteur thermique,...)Fatal heat is the residual heat resulting from a process and not used by it (smoke, drying mist, exhaust from a heat engine, etc.)

Les sources de chaleur fatale sont très diversifiées. Il peut s'agir de sites de production d'énergie (les centrales nucléaires), de sites de production industrielle, de bâtiments tertiaires d'autant plus émetteurs de chaleur qu'ils en sont fortement consommateurs comme les hôpitaux, de réseaux de transport en lieu fermé, ou encore de sites d'élimination comme les unités de traitement thermique de déchets.The sources of fatal heat are very diversified. These may be energy production sites (nuclear power plants), industrial production sites, tertiary buildings which emit more heat as they consume a lot of it, such as hospitals, transport networks in closed place, or disposal sites such as thermal waste treatment units.

Pour ce qui concerne la chaleur fatale industrielle, les secteurs de la sidérurgie, de la chimie, du ciment, de l'agro-alimentaire ou encore du verre, génèrent des quantités énormes de chaleur perdues par dissémination dans l'atmosphère.As far as industrial waste heat is concerned, the iron and steel, chemical, cement, food-processing and even glass sectors generate enormous quantities of heat lost by dissemination in the atmosphere.

A titre d'exemple, 36 % de la consommation de combustible de l'industrie est perdue sous forme de chaleur.For example, 36% of fuel consumption in industry is lost in the form of heat.

Les gaz d'échappement sont une autre source de chaleur fatale.Exhaust gases are another source of waste heat.

La chaleur fatale représente un gisement de l'ordre de 50 % de la consommation mondiale d'énergie, tous domaines confondus.Fatal heat represents around 50% of global energy consumption, all areas combined.

La directive européenne 2012/27/UE relative à l'efficacité énergétique rend obligatoire pour les émetteurs de chaleur fatale situés à proximité d'un réseau de chaleur, la réalisation d'une analyse coûts-avantages afin d'étudier les possibilités de valorisation de la chaleur fatale. Si la solution est jugée rentable, elle doit être mise en oeuvre. De même, tout projet de réseau de chaleur doit également évaluer les différents potentiels de récupération de chaleur fatale.European Directive 2012/27/EU on energy efficiency makes it mandatory for waste heat emitters located near a heating network to carry out a cost-benefit analysis in order to study the possibilities of recovering fatal heat. If the solution is deemed cost-effective, it should be implemented. Similarly, any heating network project must also assess the different potentials for recovering waste heat.

Dans ce contexte, la demande de brevet WO2012089940A2 décrit un dispositif de conversion d'une énergie thermique en une énergie mécanique comportant :

  • une ligne d'approvisionnement en premier fluide,
  • une ligne d'approvisionnement en fluide caloporteur,
  • un générateur de vapeur muni :
    • o d'une première entrée connectée à la ligne d'approvisionnement du premier fluide, le premier fluide empruntant un premier chemin entre la première entrée et une première sortie,
    • o d'une deuxième entrée recevant le fluide caloporteur, le fluide caloporteur empruntant un deuxième chemin entre la deuxième entrée et une deuxième sortie, le deuxième chemin étant distinct du premier chemin, le premier chemin étant couplé thermiquement au deuxième chemin, de manière à former de la vapeur à partir du premier fluide, ladite vapeur sortant du générateur par la première sortie,
  • une chambre munie :
    • o d'une première entrée connectée à la première sortie du générateur de vapeur, le premier fluide empruntant un premier chemin dans la chambre entre la première entrée et une première sortie, la chambre étant configurée pour réaliser la détente isotherme du premier fluide dans la chambre au moyen une détente fractionnée par une pluralité de détentes élémentaires isothermes,
    • o d'une deuxième entrée connectée à la ligne d'approvisionnement en fluide caloporteur, le fluide caloporteur empruntant un deuxième chemin distinct du premier chemin entre la deuxième entrée et une deuxième sortie, la deuxième sortie de la chambre étant connecté à la deuxième entrée du générateur de vapeur,
    • Le premier chemin étant couplé thermiquement au deuxième chemin de manière à chauffer le premier fluide entre chaque détente,
  • un dispositif de mélange connecté à la première sortie de la chambre et à la deuxième sortie du générateur de vapeur et configuré de manière à mélanger le premier fluide sous forme vapeur avec un fluide caloporteur pour obtenir un mélange double phase.
In this context, the patent application WO2012089940A2 describes a device for converting thermal energy into mechanical energy comprising:
  • a first fluid supply line,
  • a heat transfer fluid supply line,
  • a steam generator equipped with:
    • o a first inlet connected to the first fluid supply line, the first fluid taking a first path between the first inlet and a first outlet,
    • o a second inlet receiving the heat transfer fluid, the heat transfer fluid taking a second path between the second inlet and a second outlet, the second path being separate from the first path, the first path being thermally coupled to the second path, so as to form steam from the first fluid, said steam exiting the generator through the first outlet,
  • a room equipped with:
    • o a first inlet connected to the first outlet of the steam generator, the first fluid taking a first path in the chamber between the first inlet and a first outlet, the chamber being configured to carry out the isothermal expansion of the first fluid in the chamber by means of an expansion divided by a plurality of isothermal elementary expansions,
    • o a second inlet connected to the heat transfer fluid supply line, the heat transfer fluid taking a second path distinct from the first path between the second inlet and a second outlet, the second outlet of the chamber being connected to the second inlet of the steam generator,
    • The first path being thermally coupled to the second path so as to heat the first fluid between each expansion,
  • a mixing device connected to the first outlet of the chamber and to the second outlet of the steam generator and configured so as to mix the first fluid in vapor form with a heat transfer fluid to obtain a dual-phase mixture.

Le fluide caloporteur est chauffé des moyens de captation d'énergie solaire.The heat transfer fluid is heated by means of capturing solar energy.

Le fluide caloporteur est par exemple de l'huile tandis que le premier fluide est un flux thermodynamique, par exemple de l'eau ou un mélange eau/glycérol. Ce mélange double phase est un flux de fluide caloporteur sous forme de gouttelettes d'huile et de fluide thermodynamique sous forme de vapeur d'eau, à haute température. L'énergie cinétique de ce flux est transformée en énergie mécanique au moyen d'une turbine du type turbine Pelton, entraînant un alternateur électrique. On récupère le mélange huile/eau en sortie turbine et on sépare les 2 fluides, qui sont ensuite réutilisés dans cette conversion énergétique de chaleur en énergie mécanique puis en électricité.The heat transfer fluid is for example oil while the first fluid is a thermodynamic flow, for example water or a water/glycerol mixture. This dual-phase mixture is a flow of heat transfer fluid in the form of oil droplets and thermodynamic fluid in the form of water vapour, at high temperature. The kinetic energy of this flow is transformed into mechanical energy by means of a turbine of the Pelton turbine type, driving an electric alternator. The oil/water mixture is recovered at the turbine outlet and the 2 fluids are separated, which are then reused in this energy conversion of heat into mechanical energy and then into electricity.

Dans ce procédé et ce dispositif selon WO2012089940A2 , le fluide caloporteur est chauffé par un concentrateur solaire et concourt ensuite à la transformation en vapeur du fluide thermodynamique puis au réchauffement du fluide thermodynamique entre chaque détente. Ce procédé et ce dispositif selon WO2012089940A2 ne sont pas spécifiquement adaptés à la transformation en énergie électrique de l'énergie thermique provenant de chaleur fatale, laquelle peut avoir une large plage de température. Par ailleurs, les performances de ce procédé et de ce dispositif connus peuvent être améliorées notamment en termes de rendement énergétique et d'extension de la gamme des puissances électriques générées. Document US 3 972 195 A montre un procédé de conversion d'énergie thermique selon l'état de la technique. UIn this method and this device according to WO2012089940A2 , the heat transfer fluid is heated by a solar concentrator and then contributes to the transformation of the thermodynamic fluid into steam and then to the heating of the thermodynamic fluid between each expansion. This method and this device according to WO2012089940A2 are not specifically suitable for converting thermal energy from waste heat into electrical energy, which may have a wide temperature range. Furthermore, the performance of this method and of this known device can be improved, in particular in terms of energy efficiency and extension of the range of electrical powers generated. Document US 3,972,195A shows a thermal energy conversion method according to the state of the art. U

Objectifs de l'inventionObjectives of the invention

Dans ce contexte, la présente invention vise à satisfaire à au moins l'un des objectifs énoncés ci-après.

  • Figure imgb0001
    L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, le perfectionnement recherché consistant en une amélioration du rendement énergétique de la conversion.
  • Figure imgb0002
    L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique provenant d'une source de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, le perfectionnement recherché consistant en une adaptabilité du procédé à des sources de chaleur fatale dont la température varie dans une large gamme .
  • Figure imgb0002
    L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, qui soit économique en termes de production et de maintenance.
  • Figure imgb0002
    L'un des objectifs essentiels de la présente invention de fournir un procédé perfectionné de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique, qui soit en adéquation avec les contraintes environnementales.
  • Figure imgb0002
    L'un des objectifs essentiels de la présente invention est de fournir un dispositif industriel, fiable, performant, économique et robuste, pour la mise en oeuvre du procédé tel que visé dans l'un des objectifs ci-dessus.
In this context, the present invention aims to satisfy at least one of the objectives set out below.
  • Figure imgb0001
    One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or cooling energy, the desired improvement consisting into an improvement in the energy efficiency of the conversion.
  • Figure imgb0002
    One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy originating from a waste heat source, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or cooling energy, the improvement research consisting of an adaptability of the process to sources of fatal heat whose temperature varies within a wide range.
  • Figure imgb0002
    One of the essential objectives of the present invention is to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or cooling energy, which is economical in terms of production and maintenance.
  • Figure imgb0002
    One of the essential objectives of the present invention to provide an improved process for converting thermal energy, preferably waste heat, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or cooling energy, which is in line with environmental constraints.
  • Figure imgb0002
    One of the essential objectives of the present invention is to provide an industrial device that is reliable, efficient, economical and robust, for implementing the method as targeted in one of the above objectives.

Brève description de l'inventionBrief description of the invention

Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention formulée par les caractéristiques de la revendication 1 et qui concerne, en premier lieu, un

  • procédé de conversion d'énergie thermique, de préférence de chaleur fatale, contenue dans un fluide au moins en partie gazeux dit fluide fatal (FF), en énergie mécanique, et, préférentiellement en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
  • ledit procédé mettant en oeuvre au moins un fluide thermodynamique FT et au moins un fluide caloporteur FC, dans lequel :
    1. I. on met en oeuvre un flux f c0 de fluide FC au moins en partie liquide;
    2. II. on transfère au flux f c0 de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF;
    3. III. on pulvérise le flux f c0 chauffé en (II) pour générer un flux f c1 fragmenté de fluide FC;
    4. IV. en parallèle, on met en oeuvre un flux f t0 de fluide FT au moins en partie liquide;
    5. V. puis on transfère au flux f t0 de fluide FT de l'énergie thermique à convertir issue du fluide FF, pour générer un flux ft, dont la température est supérieure à celle du flux ft0, le fluide FT du flux ft étant:
      1. i. en phase liquide;
      2. ii. en phase liquide et en phase vapeur;
      3. iii. en phase vapeur à saturation;
      4. iv. ou en phase vapeur surchauffée ;
    6. VI. au besoin, on chauffe le flux f', pour le vaporiser de sorte que son titre en vapeur soit supérieur ou égal à 0,9; de préférence à 0,95;
    7. VII. on injecte le flux ft dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t; le rapport Rd du débit massique du fluide FT sur le débit massique total du fluide FC et du fluide FT, étant compris entre 1 et 20%, de préférence entre 3 et 18%, et, plus préférentiellement encore entre 5 et 15 %;
    8. VIII. ce flux f c1/t est ensuite accéléré et détendu;
    9. IX. on convertit l'énergie cinétique de ce flux accéléré f c1/t en énergie mécanique; cette dernière étant éventuellement transformée en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
    10. X. on sépare, d'une part, FT et, d'autre part, FC ;
    11. XI. on récupère, d'une part, un flux f t00 au moins en partie gazeux de FT et, d'autre part, un flux f c0 au moins en partie liquide de FC ;
    12. XII. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f c0 de FC;
    13. XIII. on condense le flux f t00 au moins en partie gazeux de FT en un flux f t0 au moins en partie liquide de FT;
    14. XIV. on comprime et on augmente la vitesse de circulation du flux f t0 de FT; caractérisé
      • en ce que ce procédé comprend la mise en oeuvre d'au moins une boucle de circulation de FT et d'au moins une boucle de circulation de FC;
      • ces deux boucles ayant en commun:
        1. i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux et le flux f t sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
        2. ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique;
        3. iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
        4. iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
          • la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
          • la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
These objectives, among others, are achieved by the present invention formulated by the characteristics of claim 1 and which relates, in the first place, to a
  • process for converting thermal energy, preferably waste heat, contained in an at least partly gaseous fluid called waste fluid (FF), into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or into cooling energy;
  • said method using at least one thermodynamic fluid FT and at least one heat transfer fluid FC, in which:
    1. I. a flow f c0 of FC fluid at least partly liquid is implemented;
    2. II. heat energy to be converted from the fluid FF is transferred to the flow f c0 ;
    3. III. the stream f c0 heated in (II) is sprayed to generate a fragmented stream f c1 of fluid FC;
    4. IV. in parallel, a flow f t0 of fluid FT at least partly liquid is implemented;
    5. V. then thermal energy to be converted from the fluid FF is transferred to the flow f t0 of fluid FT, to generate a flow f t , the temperature of which is higher than that of the flow f t0 , the fluid FT of the flow f t being:
      1. i. in the liquid phase;
      2. ii. in liquid phase and in vapor phase;
      3. iii. in the vapor phase at saturation;
      4. iv. or in the superheated vapor phase;
    6. VI. if necessary, the stream f' is heated to vaporize it so that its vapor content is greater than or equal to 0.9; preferably 0.95;
    7. VII. the flow f t is injected into at least one chamber also receiving the flow f c1 of fluid FC, to form a two-phase mixed flow f c1/t ; the ratio Rd of the mass flow rate of the fluid FT to the total mass flow rate of the fluid FC and of the fluid FT, being between 1 and 20%, preferably between 3 and 18%, and, even more preferably between 5 and 15%;
    8. VIII. this flux f c1/t is then accelerated and relaxed;
    9. IX. the kinetic energy of this accelerated flux f c1/t is converted into mechanical energy; the latter possibly being transformed into electrical energy and/or into cooling energy;
    10. X. we separate, on the one hand, FT and, on the other hand, FC;
    11. XI. one recovers, on the one hand, a flow f t00 at least partly gaseous of FT and, on the other hand, a flow f c0 at least partly liquid of FC;
    12. XII. one compresses and one increases the speed of circulation of the flow f c0 of FC;
    13. XIII. the stream f t00 at least partly gaseous of FT is condensed into a stream f t0 at least partly liquid of FT;
    14. XIV. the flow velocity f t0 of FT is compressed and increased; characterized
      • in that this method comprises the implementation of at least one FT circulation loop and at least one FC circulation loop;
      • these two loops having in common:
        1. i. at least one Injector-Mixer-Accelerator (IMA) in which the flow and the flow f t are intended to be injected/mixed/accelerated;
        2. ii. at least one converter of the accelerated flux f c1/t into mechanical energy;
        3. iii. possibly at least one transformer of this mechanical energy into electrical energy and/or into cooling energy;
        4. iv. at least one FT and FC splitter;
          • the FT circulation loop comprising at least one heat exchanger between FT (stage V, even VI) and FF, at least one FT condenser and at least one pump for circulating FT in this loop;
          • the FC circulation loop comprising a heat exchanger between FC (stage II) and FF and at least one FC circulation pump in this loop.

Il est du mérite des inventeurs d'avoir imaginé de mettre en oeuvre deux boucles fluides : une de fluide caloporteur et une de fluide thermodynamique, chacune de ces boucles comportant des moyens de mise en circulation du fluide et des moyens de récupération de la chaleur fatale par échange thermique entre le fluide fatal et le fluide caloporteur dans l'une des boucles, ou le fluide thermodynamique dans l'autre boucle.It is to the credit of the inventors to have imagined implementing two fluid loops: one of heat transfer fluid and one of thermodynamic fluid, each of these loops comprising means for circulating the fluid and means for recovering the waste heat. by heat exchange between the fatal fluid and the heat transfer fluid in one of the loops, or the thermodynamic fluid in the other loop.

Cela fait du procédé selon l'invention une technique de conversion thermocinétique qui soit économique, fiable, performante, éco-compatible et à rendement amélioré.This makes the process according to the invention a thermokinetic conversion technique which is economical, reliable, efficient, eco-compatible and with improved yield.

Cette amélioration de l'efficacité de la transformation de la chaleur fatale et énergie mécanique, et préférentiellement en énergie électrique ou froid, est premièrement obtenue par une maximisation de la récupération de l'énergie fatale disponible par le réchauffage par échangeurs sur le flux de chaleur fatale d'un fluide caloporteur FC captant les hautes températures, complété par le réchauffage d'un fluide thermodynamique FT afin de capter les températures inférieures. Ce dispositif à deux fluides permet d'épuiser la quasi-totalité de l'énergie thermique valorisable.This improvement in the efficiency of the transformation of waste heat and mechanical energy, and preferably into electrical or cold energy, is firstly obtained by maximizing the recovery of the waste energy available by heating by exchangers on the heat flow. of a heat transfer fluid FC capturing high temperatures, supplemented by the heating of a thermodynamic fluid FT in order to capture lower temperatures. This two-fluid device makes it possible to exhaust almost all of the recoverable thermal energy.

Ce système jouit en effet d'un faible coût d'investissement et de maintenance.This system has a low investment and maintenance cost.

Sa simplicité, sa robustesse, son caractère relativement silencieux, sa facilité d'implantation et de mise en œuvre, son fonctionnement à très faible pression (1-10 bars), sa sécurité, son respect de l'environnement (pas de pression dans les capacités, pas de fluide organique), sa flexibilité (diversité des sources de chaleur), sa modularité (plusieurs jets sur une même turbine), son pourcentage important de chaleur fatale valorisée grâce aux 2 fluides, le fait qu'ils produisent une source froide de l'ordre de 80°C permettant une valorisation complémentaire, son coût d'installation réduit, sa rentabilité financière, sont des atouts parmi d'autres du système selon l'invention.Its simplicity, its robustness, its relatively silent nature, its ease of installation and implementation, its operation at very low pressure (1-10 bars), its safety, its respect for the environment (no pressure in the capacities, no organic fluid), its flexibility (diversity of heat sources), its modularity (several jets on the same turbine), its high percentage of waste heat recovered thanks to the 2 fluids, the fact that they produce a cold source of the order of 80° C. allowing additional recovery, its reduced installation cost, its financial profitability, are advantages among others of the system according to the invention.

Cette optimisation de la quantité de chaleur fatale captée est complétée par une optimisation du dispositif IMA (Injecteur-Mélangeur-Accélérateur) de transformation de l'énergie thermique en énergie cinétique, obtenue par un ratio adapté de proportion entre le fluide thermodynamique FT et le fluide caloporteur FC, éventuellement complété par une accélération du fluide thermodynamique FT en amont de son mélange avec le fluide caloporteur FC. Ainsi, dans son principe inventif, le procédé comprend pour la mise en oeuvre de l'étape VII, le choix d'un rapport Rd du débit massique du fluide FT sur le débit massique total du fluide FC et du fluide FT, est compris entre 1 et 20%, de préférence entre 3 et 18%, et, plus préférentiellement encore entre 5 et 15 %.This optimization of the quantity of fatal heat captured is supplemented by an optimization of the IMA (Injector-Mixer-Accelerator) device for transforming thermal energy into kinetic energy, obtained by an adapted ratio of proportion between the thermodynamic fluid FT and the fluid heat transfer fluid FC, possibly supplemented by an acceleration of the thermodynamic fluid FT upstream of its mixing with the heat transfer fluid FC. Thus, in its inventive principle, the method comprises, for the implementation of step VII, the choice of a ratio Rd of the mass flow rate of the fluid FT to the total mass flow rate of the fluid FC and of the fluid FT, is between 1 and 20%, preferably between 3 and 18%, and more preferably still between 5 and 15%.

Conformément à l'invention, l'énergie thermique à convertir est contenue dans un fluide fatal FF, dont une partie des calories est transférée tout d'abord vers FC (étape II), et dont une autre partie des calories est ensuite transférée vers FT pour son réchauffement et, de préférence, pour sa vaporisation (étapes V et VI).In accordance with the invention, the thermal energy to be converted is contained in a fatal fluid FF, part of the calories of which is first transferred to FC (stage II), and of which another part of the calories is then transferred to FT for its heating and, preferably, for its vaporization (stages V and VI).

Selon une modalité intéressante de l'invention, la température de FF à la sortie des échangeurs de chauffage de FC et FT peut être avantageusement adaptée, avant que FF ne soit évacué à l'extérieur. En effet, quand FF est chargé en particules solides, FF est évacué à l'extérieur, de préférence, après avoir été soumis à un traitement d'extraction de ces particules solides par filtration, ce qui impose une température maximale de FF, afin de ne pas dégrader les filtres (typiquement <200 °C).According to an advantageous embodiment of the invention, the temperature of FF at the outlet of the FC and FT heating exchangers can be advantageously adapted, before FF is evacuated outside. Indeed, when FF is loaded with solid particles, FF is evacuated outside, preferably, after having been subjected to a treatment of extraction of these solid particles by filtration, which imposes a maximum temperature of FF, in order to do not degrade the filters (typically <200°C).

Grâce à l'utilisation de 2 fluides FT et FC chauffés directement par le fluide fatal FF, la température finale du FF est adaptée aux contraintes de filtration, s'il y a lieu, avant son évacuation à l'extérieur et/ou aux contraintes de corrosion, car il est possible de dimensionner de façon optimale les échangeurs thermiques mis en oeuvre dans ce procédé, et en particulier la température de FF à la sortie de l'échangeur FF/FT pour le chauffage de FT.Thanks to the use of 2 fluids FT and FC heated directly by the fatal fluid FF, the final temperature of the FF is adapted to the filtration constraints, if necessary, before its evacuation outside and/or to the constraints corrosion, because it is possible to optimally size the heat exchangers used in this process, and in particular the temperature of FF at the outlet of the FF/FT exchanger for heating FT.

Selon une possibilité intéressante de l'invention, la température du fluide FF à l'issue des étapes II, V voire VI, est comprise entre 100 et 200 °C et plus préférentiellement encore, entre 180 °C et 200°C. Ces valeurs de température pour FF au cours du procédé, augmente la compatibilité de ce dernier avec une grande multiplicité de processus industriels générant de la chaleur fatale.According to an advantageous possibility of the invention, the temperature of the fluid FF at the end of stages II, V or even VI, is between 100 and 200°C and even more preferably between 180°C and 200°C. These temperature values for FF during the process increase the compatibility of the latter with a great multiplicity of industrial processes generating waste heat.

Avantageusement, lors l'étape VII, l'injection du flux ft du fluide thermodynamique FT dans une enceinte d'injection de l'IMA se fait à une vitesse comprise entre 40 et 300 m/s, de préférence entre 50 et 150 m/s et, plus préférentiellement encore, entre 60 et 100 m/s.Advantageously, during step VII, the injection of the flow f t of the thermodynamic fluid FT into an injection chamber of the IMA takes place at a speed of between 40 and 300 m/s, preferably between 50 and 150 m /s and, even more preferably, between 60 and 100 m/s.

Lors l'étape VIII, le flux ft est préférablement accéléré et détendu dans au moins une chambre de profil adapté, de préférence dans une tuyère.During step VIII, the flow f t is preferably accelerated and expanded in at least one chamber of suitable profile, preferably in a nozzle.

Dans une variante remarquable, avant l'étape VIII, le flux ft est soumis, lors d'au moins une étape (VIII°) de pré-accélération par détente, de préférence quasi-isotherme ou polytropique, du flux f', dans au moins une chambre de profil adapté, de préférence dans une tuyère; cette étape (VIII°) étant avantageusement mise en oeuvre dans la même chambre de profil adapté que celle de l'étape (VIII).In a remarkable variant, before step VIII, the flow f t is subjected, during at least one step (VIII°) to pre-acceleration by expansion, preferably quasi-isothermal or polytropic, of the flow f', in at least a chamber of suitable profile, preferably in a nozzle; this step (VIII°) being advantageously implemented in the same chamber of suitable profile as that of step (VIII).

Selon une autre disposition innovante du procédé conforme à l'invention, FT est un liquide aqueux, de préférence choisi dans le groupe comprenant -idéalement constitué par- l'eau, le glycérol et leurs mélanges. En outre, FC est choisi parmi les huiles végétales ou minérales, de préférence parmi les huiles non miscibles à l'eau et/ou ayant une température d'apparition d'un vernissage supérieure ou égale à 200°C, de préférence à 300°C, et, plus préférentiellement encore parmi les huiles végétales; FC étant idéalement choisi dans le groupe comprenant -idéalement composé de- : l'huile de ricin et/ou l'huile d'olive.According to another innovative arrangement of the process in accordance with the invention, FT is an aqueous liquid, preferably chosen from the group comprising—ideally consisting of—water, glycerol and their mixtures. In addition, FC is chosen from vegetable or mineral oils, preferably from oils which are immiscible with water and/or which have a varnish appearance temperature greater than or equal to 200° C., preferably 300° C. C, and, more preferably still from vegetable oils; FC being ideally chosen from the group comprising -ideally composed of-: castor oil and/or olive oil.

Suivant une caractéristique préférée de l'invention, le fluide fatal FF présente initialement une température supérieure ou égale à 200 °C et préférentiellement supérieure ou égale à 300 °C, et/ou est choisi parmi les fluides gazeux et, plus préférentiellement encore, dans le groupe comprenant - idéalement composé de-: l'air chaud, les vapeurs d'eau, les gaz d'échappement de moteurs, les fumées, en particulier les fumées industrielles, les chaleurs de flamme et les chaleurs de séchoirs, ou parmi les fluides liquides (e.g. comme c'est le cas dans les installations solaires à concentration).According to a preferred characteristic of the invention, the fatal fluid FF initially has a temperature greater than or equal to 200° C. and preferably greater than or equal to 300° C., and/or is chosen from gaseous fluids and, more preferably still, in the group comprising - ideally made up of -: hot air, water vapours, engine exhaust gases, smoke, in particular industrial smoke, heat from flames and heat from dryers, or among the liquid fluids ( e . g . as is the case in concentrated solar installations).

Cela concerne en particulier les incinérateurs de déchets, les installations de production de chaleur à partir de la biomasse, les industries telles que les aciéries, les cimenteries, les verreries, ainsi que les moteurs thermiques notamment de groupe électrogène.This concerns in particular waste incinerators, installations for producing heat from biomass, industries such as steelworks, cement works, glassworks, as well as heat engines, in particular generator sets.

Le procédé selon invention se singularise en ce qu'il met en oeuvre au moins l'une des caractéristiques suivantes : C1. la pression de service Pf c0 (en bars) du flux f c0 avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f c0 de FC à l'étape XII, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- : 3 Pf c 0 30 ; 5 Pf c 0 25 ; 10 Pf c 0 15

Figure imgb0006
C2. la pression de service Pf t (en bars) du flux ft avant l'injection lors de l'étape VII et après la compression du flux f t00 de FC à l'étape XIV, est telle que - dans un ordre croissant de préférence- : 3 Pf t 30 ; 5 Pf t 25 ; 10 Pf t 15
Figure imgb0007
C3. Pf c0 et Pf t sont identiques ou différentes, de préférence identiques; C4. La pression Pf c1/t du flux f c1/t après l'étape IX de conversion de l'énergie cinétique en énergie mécanique, en bars et dans un ordre croissant de préférence, est telle : Pf c1/t 2 ; 0,3 Pf c1/t 1,5
Figure imgb0008
; de l'ordre de 1 bar (pression atmosphérique).
The method according to the invention is distinguished in that it implements at least one of the following characteristics: C1. the operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the spraying of stage III and after the compression of the flow f c0 of FC in stage XII, is such that - in increasing order of preference -: 3 pf vs 0 30 ; 5 pf vs 0 25 ; 10 pf vs 0 15
Figure imgb0006
C2. the operating pressure Pf t (in bars) of the flow f t before the injection during stage VII and after the compression of the flow f t00 of FC in stage XIV, is such that - in ascending order of preference -: 3 pf you 30 ; 5 pf you 25 ; 10 pf you 15
Figure imgb0007
C3. Pf c0 and Pf t are identical or different, preferably identical; C4. The pressure Pf c1/t of the flow f c1/t after stage IX of conversion of kinetic energy into mechanical energy, in bars and in increasing order of preference, is such: pf c1/t 2 ; 0.3 pf c1/t 1.5
Figure imgb0008
; of the order of 1 bar (atmospheric pressure).

Avantageusement, la taille des gouttelettes de FC composant le flux fragmenté généré à l'étape (III) est comprise entre 100 et 600 µm, de préférence entre 200 et 400 µm.Advantageously, the size of the FC droplets making up the fragmented flow generated in step (III) is between 100 and 600 μm, preferably between 200 and 400 μm.

Dans une variante performante de l'invention, on fait en sorte que la détente du flux ft dans l'enceinte de l'IMA recevant également le flux fc1 fragmenté de fluide FC, engendre un effet d'accélération (parfois appelé effet de trompe) provoqué par un flux moteur à savoir le flux f t de FT, sur un flux aspiré à savoir le flux fc1 de FC.In a high-performance variant of the invention, it is ensured that the expansion of the flow f t in the enclosure of the IMA also receiving the fragmented flow f c1 of fluid FC, generates an acceleration effect (sometimes called the effect of trunk) caused by a motor flow, namely the flow f t of FT, on an aspirated flow, namely the flow f c1 of FC.

Dans un autre de ses aspects, la présente invention telle que formulée par la revendication 8 a pour objet un dispositif simple et efficace, en

  • particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une boucle de circulation de FT et au moins une boucle de circulation de FC,
  • ces deux boucles ayant en commun:
    1. i. au moins un Injecteur-Mélangeur-Accélérateur (IMA) dans lequel le flux et le flux f t sont destinés à être injectés/mélangés/accélérés;
    2. ii. au moins un convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique;
    3. iii. éventuellement au moins un transformateur de cette énergie mécanique en énergie électrique et/ou en énergie frigorifique;
    4. iv. au moins un séparateur de FT et de FC;
      • la boucle de circulation de FT comportant au moins un échangeur thermique entre FT (étape V, voire VI) et FF, au moins un condenseur de FT et au moins une pompe de mise en circulation de FT dans cette boucle;
      • la boucle de circulation de FC comportant un échangeur thermique entre FC (étape II) et FF et au moins une pompe de mise en circulation de FC dans cette boucle.
In another of its aspects, the present invention as formulated by claim 8 relates to a simple and effective device, in
  • particular for the implementation of the method according to the invention, characterized in that it comprises at least one FT circulation loop and at least one FC circulation loop,
  • these two loops having in common:
    1. i. at least one Injector-Mixer-Accelerator (IMA) in which the flow and the flow f t are intended to be injected/mixed/accelerated;
    2. ii. at least one converter of the accelerated flux f c1/t into mechanical energy;
    3. iii. possibly at least one transformer of this mechanical energy into electrical energy and/or into cooling energy;
    4. iv. at least one FT and FC splitter;
      • the FT circulation loop comprising at least one heat exchanger between FT (stage V, even VI) and FF, at least one FT condenser and at least one pump for circulating FT in this loop;
      • the FC circulation loop comprising a heat exchanger between FC (stage II) and FF and at least one FC circulation pump in this loop.

De préférence, l'IMA comprend au moins un mélangeur à buses du flux f c0 fragmenté et du flux f t sous forme de vapeur.Preferably, the IMA comprises at least one mixer with nozzles of the fragmented stream f c0 and of the stream f t in the form of vapor.

Pour augmenter encore l'énergie cinétique du flux producteur de mouvement mécanique, l'IMA comprend avantageusement au moins une tuyère d'accélération connectée à la sortie du ou des mélangeurs.To further increase the kinetic energy of the flow producing mechanical movement, the IMA advantageously comprises at least one acceleration nozzle connected to the outlet of the mixer or mixers.

De préférence, le convertisseur du flux accéléré f c1/t en énergie mécanique, est constitué par au moins une turbine, de préférence une turbine à action.Preferably, the converter of the accelerated flux f c1/t into mechanical energy is constituted by at least one turbine, preferably an action turbine.

Sur une caractéristique intéressante de l'invention:

  • → le transformateur de l'énergie mécanique en énergie électrique, est constitué par au moins un alternateur et/ou au moins une génératrice,
  • → ou le transformateur de l'énergie mécanique en énergie frigorifique est constitué par au moins une machine frigorifique comprenant au moins un compresseur comportant au moins un arbre susceptible d'être entraîné en rotation par une source d'énergie mécanique.
On an interesting feature of the invention:
  • → the transformer of mechanical energy into electrical energy, consists of at least one alternator and/or at least one generator,
  • → or the transformer of mechanical energy into cooling energy consists of at least one refrigerating machine comprising at least one compressor comprising at least one shaft capable of being rotated by a source of mechanical energy.

Par exemple, ce transformateur de l'énergie mécanique en énergie frigorifique est constitué par au moins un entrainement direct de l'arbre du compresseur de la machine frigorifique.For example, this transformer of mechanical energy into refrigerating energy consists of at least one direct drive of the shaft of the compressor of the refrigerating machine.

Dans un mode de réalisation, le mélangeur est un mélangeur à buses qui comprend:

  • au moins un fragmenteur du flux fc0 sous forme de gouttelettes, ledit fragmenteur comportant au moins une buse, préférentiellement plusieurs afin de minimiser les pertes de charge sur le flux fc0;
  • au moins une chambre de mélange du flux fc0 après fragmentation et du flux ft sous forme d'eau et/ou de vapeur, cette chambre de mélange convergeant dans le sens des flux FT et FC;
  • au moins un conduit d'admission de FT dans la chambre de mélange ;
  • au moins une canalisation d'admission de FC dans la chambre de mélange;
  • la chambre de mélange comportant une sortie disposée à son point de convergence, cette sortie débouchant dans au moins un conduit d'accélération;
  • le conduit d'admission de FT comprenant un segment interne et axial par rapport à la chambre de mélange, ce segment interne et axial étant muni d'au moins une buse terminale d'éjection de FT, qui comporte un orifice de sortie de FT disposé au voisinage de la partie d'extrémité de plus petite dimension de la chambre de mélange convergente ;
  • la canalisation d'admission de FC communiquant avec une pluralité de buses d'éjection de FC qui sont réparties sur le pourtour du segment interne et axial d'admission de FT, et qui comporte des orifices de sortie de FC en amont de l'orifice de sortie de FT;
  • le segment interne et axial du conduit d'admission de FT étant de préférence équipé d'un organe d'accélération, avantageusement formé par un venturi.
In one embodiment, the mixer is a nozzle mixer which includes:
  • at least one splitter of the flow f c0 in the form of droplets, said splitter comprising at least one nozzle, preferably several in order to minimize the pressure drops on the flow f c0 ;
  • at least one chamber for mixing the flow f c0 after fragmentation and the flow f t in the form of water and/or steam, this mixing chamber converging in the direction of the flows FT and FC;
  • at least one FT inlet conduit into the mixing chamber;
  • at least one FC inlet line into the mixing chamber;
  • the mixing chamber comprising an outlet disposed at its point of convergence, this outlet opening into at least one acceleration conduit;
  • the FT inlet duct comprising an internal and axial segment with respect to the mixing chamber, this internal and axial segment being provided with at least one end FT ejection nozzle, which comprises an FT outlet orifice disposed in the vicinity of the end part of the smallest dimension of the convergent mixing chamber;
  • the FC inlet pipe communicating with a plurality of FC ejection nozzles which are distributed around the periphery of the internal and axial segment of the FT inlet, and which comprises FC outlet ports upstream of the port FT output;
  • the internal and axial segment of the FT inlet duct preferably being equipped with an acceleration member, advantageously formed by a venturi.

DéfinitionsDefinitions

Dans tout le présent exposé, tout singulier désigne indifféremment un singulier ou un pluriel.Throughout this presentation, any singular designates either a singular or a plural.

Les définitions données ci-après à titre d'exemples, peuvent servir à l'interprétation du présent exposé :

  • "fluide" : corps liquide et/ou gazeux
  • "fluide fatal FF" : fluide porteur de la chaleur fatale destinée à être convertie en énergie mécanique
  • "fluide thermodynamique FT" : fluide au moins en partie vaporisable au moyen des calories de l'énergie thermique à convertir et provenant du fluide fatal FF
  • "vapeur " : état gazeux du fluide
  • "fluide caloporteur FC" : fluide liquide apte à absorber les calories de l'énergie thermique à convertir et provenant du fluide fatal FF, sans passer entièrement à l'état gazeux ;
  • "environ" ou "sensiblement" signifie à plus ou moins 10 % près, voire plus ou moins 5% près, rapporté à l'unité de mesure utilisée;
  • "compris entre Z1 et Z2" signifie que l'une et/ou l'autre des bornes Z1, Z2 est incluse ou non dans l'intervalle [Z1, Z2] ;
  • « non miscible à l'eau » s'entend dans les conditions de température et de pression qui sont celles du procédé selon l'invention.
  • La «température d'apparition d'un vernissage » est la température à partir de laquelle on a un changement des caractéristiques de viscosité de l'huile, en particulier une augmentation marquée de la viscosité.
The definitions given below as examples may be used to interpret this presentation:
  • fluid ”: liquid and/or gaseous body
  • " fatal fluid FF ": fluid carrying the fatal heat intended to be converted into mechanical energy
  • " thermodynamic fluid FT ": fluid at least partly vaporizable by means of the calories of the thermal energy to be converted and originating from the fatal fluid FF
  • " steam ": gaseous state of the fluid
  • heat transfer fluid FC ”: liquid fluid capable of absorbing the calories of the thermal energy to be converted and coming from the fatal fluid FF, without passing entirely into the gaseous state;
  • " approximately " or "substantially" means to within plus or minus 10%, or even plus or minus 5%, relative to the unit of measurement used;
  • included between Z1 and Z2” means that one and/or the other of the terminals Z1, Z2 is included or not in the interval [Z1, Z2];
  • immiscible with water” means under the temperature and pressure conditions which are those of the process according to the invention.
  • The " varnishing appearance temperature " is the temperature from which there is a change in the viscosity characteristics of the oil, in particular a marked increase in viscosity.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

Cette description est faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :

  • La figure 1 est un schéma synoptique du système selon invention qui comprend le procédé avec ses modalités opératoires et le dispositif avec ses éléments constitutifs.
  • La figure 2A est un schéma du système selon invention faisant apparaître les flux de fluide thermodynamique FT et de fluide caloporteur FC à différents endroits du dispositif et à différents moments du procédé.
  • La figure 2B est un diagramme d'entropie de la température T du fluide thermodynamique FT en fonction de l'entropie S, correspondant au système de la figure 2A.
  • La figure 3A est un schéma d'une variante double détente du système selon invention faisant apparaître les flux de fluide thermodynamique FT et de fluide caloporteur FC à différents endroits du dispositif et à différents moments du procédé.
  • La figure 3B est un diagramme d'entropie de la température T du fluide thermodynamique FT en fonction de l'entropie S, correspondant au système de la figure 3A.
  • La figure 4 est une vue en coupe de l'injecteur-mélangeur-accélérateur (IMA) selon un premier mode de réalisation.
  • La figure 5 est une vue schématique en coupe partielle de la turbine et de l'alternateur du dispositif montré sur les figures 1 & 2A.
This description is made with reference to the appended figures in which:
  • There figure 1 is a block diagram of the system according to the invention which comprises the method with its operating methods and the device with its constituent elements.
  • There figure 2A is a diagram of the system according to the invention showing the flows of thermodynamic fluid FT and of heat transfer fluid FC at different locations in the device and at different times during the process.
  • There figure 2B is an entropy diagram of the temperature T of the thermodynamic fluid FT as a function of the entropy S, corresponding to the system of the figure 2A .
  • There Figure 3A is a diagram of a double expansion variant of the system according to the invention showing the flows of thermodynamic fluid FT and of heat transfer fluid FC at different locations of the device and at different times of the process.
  • There Figure 3B is an entropy diagram of the temperature T of the thermodynamic fluid FT as a function of the entropy S, corresponding to the system of the Figure 3A .
  • There figure 4 is a sectional view of the injector-mixer-accelerator (IMA) according to a first embodiment.
  • There figure 5 is a partial sectional schematic view of the turbine and alternator of the device shown in the figure 1 & 2A .

PROCEDEPROCESS Mode préféré de mise en œuvre du procédé selon inventionPreferred mode of implementation of the method according to the invention

La figure 1 annexée illustre schématiquement le principe et les moyens du système selon invention de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique puis électrique.There figure 1 appended diagrammatically illustrates the principle and the means of the system according to the invention for converting thermal energy into mechanical then electrical energy.

Le pavé -1- symbolise une source de chaleur fatale contenue dans un fluide fatal (FF). Il peut s'agir par exemple d'un procédé industriel émetteur de fumées (FF).Block -1- symbolizes a fatal heat source contained in a fatal fluid (FF). It may be for example a smoke-emitting industrial process (FF).

FF (température T°) est acheminé par une canalisation 2° au travers d'un premier échangeur 3i, puis par une canalisation 21 (FF à une température T1), au travers d'un 2e échangeur 4i en série avec l'échangeur 3i. Au sortir de l'échangeur 4i, FF (température T2) est amené via une canalisation 22, dans une installation de traitement des fumées FF, symbolisé par le pavé 5. Ce traitement est, par exemple, une filtration effectuée au moyen d'un filtre à manches.FF (temperature T°) is conveyed by a pipe 2° through a first exchanger 3i, then by a pipe 2 1 (FF at a temperature T 1 ), through a 2nd exchanger 4i in series with the 3i exchanger. Coming out of the exchanger 4i, FF (temperature T 2 ) is brought via a pipe 2 2 , into a flue gas treatment installation FF, symbolized by block 5. This treatment is, for example, a filtration carried out by means of a bag filter.

FF débarrassé d'au moins une partie des éléments solides, est évacué par la canalisation 23 jusqu'à une cheminée 6 qui libère FF dans l'air ambiant.FF stripped of at least some of the solid elements, is evacuated through line 23 to a chimney 6 which releases FF into the ambient air.

Le dispositif symbolisé sur la figure 1 comporte par ailleurs un injecteur-mélangeur-accélérateur (IMA) 10ii produisant un flux double phase mélangé et accéléré f c1/t, un convertisseur 11iii de l'énergie cinétique du flux double phase mélangé et accéléré f c1/t , en énergie mécanique, et un transformateur 12iv de cette énergie mécanique en énergie électrique. Le convertisseur 11iii est par exemple une turbine à action de type Pelton et le transformateur 12iv, une génératrice électrique.The device symbolized on the figure 1 further comprises an injector-mixer-accelerator (IMA) 10ii producing a mixed and accelerated double-phase flow f c1/t , a converter 11iii of the kinetic energy of the mixed and accelerated double-phase flow f c1/t , into mechanical energy, and a 12iv transformer of this mechanical energy into electrical energy. The converter 11iii is for example a Pelton-type action turbine and the transformer 12iv, an electric generator.

Suivant l'invention, il est prévu une boucle de circulation de fluide FC et une boucle de circulation de fluide FT.According to the invention, a fluid circulation loop FC and a fluid circulation loop FT are provided.

La boucle FC comprend :

  • l'échangeur thermique 3i;
  • une canalisation 31 d'alimentation de FC dans l'échangeur 3i;
  • un serpentin 32, siège du transfert de calories de FF vers FC ( à titre d'alternative au serpentin, il est possible de mettre en oeuvre un échangeur fonctionnant selon une autre technologie, par exemple : tube de fumée, plaques...) ;
  • une canalisation 33 de transfert de FC de l'échangeur 3i vers l'IMA 10ii;
  • l'IMA 10ii;
  • la turbine 11iii;
  • la génératrice 12iv;
  • un séparateur de FC et de FT comprenant une capacité 13v et disposé en sortie de turbine 11iii
  • une canalisation 34 de récupération/recyclage de FC, connectée à la capacité de séparation 13v;
  • une pompe 35 de mise en circulation de FC,
    cette pompe 35 étant reliée, d'une part, à la capacité de séparation13v par la canalisation 34, et, d'autre part, à l'échangeur 3i, par la canalisation 31.
The FC loop includes:
  • the heat exchanger 3i;
  • a line 31 for supplying FC to the exchanger 3i;
  • a coil 32, seat of the transfer of calories from FF to FC (as an alternative to the coil, it is possible to implement an exchanger operating according to another technology, for example: smoke tube, plates, etc.);
  • a pipe 33 for transferring FC from the exchanger 3i to the IMA 10ii;
  • IMA 10ii;
  • turbine 11iii;
  • the 12iv generator;
  • an FC and FT separator comprising a capacitor 13v and arranged at the outlet of the turbine 11iii
  • a FC recovery/recycling pipe 34, connected to the separation capacitor 13v;
  • a pump 35 for circulating FC,
    this pump 35 being connected, on the one hand, to the separation capacity 13v by the pipe 34, and, on the other hand, to the exchanger 3i, by the pipe 31.

La boucle FT comprend :

  • l'échangeur thermique 4i;
  • une canalisation 41 d'alimentation de FT dans l'échangeur 4i;
  • un serpentin 42, siège du transfert de calories de FF vers FC ( à titre d'alternative au serpentin, il est possible de mettre en oeuvre un échangeur fonctionnant selon une autre technologie, par exemple : tube de fumée, plaques...) ;
  • siège du transfert de calories de FF vers FT ;
  • une canalisation 43 de transfert de FT de l'échangeur 4i vers l'IMA 10ii;
  • l'IMA 10ii;
  • la turbine 11iii;
  • la génératrice 12iv;
  • un séparateur 13v de FC et de FT, en sortie de turbine 11iii
  • une canalisation 44 de récupération/recyclage de FT vapeur, connectée au séparateur 13v;
  • un condenseur 45 de FT;
  • une canalisation 46 de recueil de FT liquide à la sortie du condensateur 45;
  • une pompe 47 de mise en circulation de FT,
    cette pompe 47 étant reliée, d'une part, au condenseur 45 par la canalisation 46, et, d'autre part, à l'échangeur 4i, par la canalisation 41.
The FT loop includes:
  • the heat exchanger 4i;
  • a pipe 41 for supplying FT in the exchanger 4i;
  • a coil 42, seat of the transfer of calories from FF to FC (as an alternative to the coil, it is possible to implement an exchanger operating according to another technology, for example: smoke tube, plates, etc.);
  • location of calorie transfer from FF to FT;
  • a pipe 43 for transferring FT from the exchanger 4i to the IMA 10ii;
  • IMA 10ii;
  • turbine 11iii;
  • the 12iv generator;
  • a 13v splitter of FC and FT, at the turbine outlet 11iii
  • a line 44 for recovering/recycling FT steam, connected to the separator 13v;
  • an FT condenser 45;
  • a pipe 46 for collecting liquid FT at the outlet of capacitor 45;
  • a pump 47 for circulating FT,
    this pump 47 being connected, on the one hand, to the condenser 45 by the pipe 46, and, on the other hand, to the exchanger 4i, by the pipe 41.

FT est avantageusement sélectionné dans le groupe comprenant : l'eau, le glycérol, et leurs mélanges. FC est avantageusement sélectionné parmi les huiles végétales ou minérales, non miscibles avec l'eau, par exemple l'huile de ricin et/ou l'huile d'olive.FT is advantageously selected from the group comprising: water, glycerol, and mixtures thereof. FC is advantageously selected from vegetable or mineral oils which are immiscible with water, for example castor oil and/or olive oil.

Le fluide fatal FF est constitué e.g. par des fumées.The fatal fluid FF consists eg of fumes.

Dans les figures 2A&2B, FT est, par exemple, de l'eau repérée par les références e1 à e6, FC est, par exemple, de l'huile de ricin, repérée par les références h1 à h3, et les fumées FF sont repérées par les références f1 à f3.In the figure 2A &2B, FT is, for example, water identified by the references e1 to e6, FC is, for example, castor oil, identified by the references h1 to h3, and the fumes FF are identified by the references f1 to f3.

Comme montré sur les figures 2A&2B, dans la boucle FC, un flux liquide fc0 d'huile h1, à la température Th1, par exemple comprise entre 200 et 350°C, et à une pression Ph1, chemine dans la canalisation 34, grâce à la pompe à huile 35 de mise en circulation de fc0, puis un flux liquide fc0 d'huile h2 à une pression Ph2 supérieure à Ph1, parvient à l'entrée huile de l'échangeur thermique 3i fumées f1/huile h2, par la canalisation 31.As shown on the figure 2A &2B, in the loop FC, a liquid flow f c0 of oil h1, at the temperature Th1, for example between 200 and 350° C., and at a pressure Ph1, travels in the pipe 34, thanks to the oil pump 35 for circulating f c0 , then a liquid flow f c0 of oil h2 at a pressure Ph2 greater than Ph1, reaches the oil inlet of the heat exchanger 3i fumes f1 / oil h2, through line 31.

Les fumées f1 pénètrent dans l'échangeur via une autre entrée, et, de préférence, à contre-courant du flux liquide fc0.The fumes f1 enter the exchanger via another inlet, and preferably countercurrent to the liquid flow f c0 .

La pression de service Pf c0 (en bars) du flux f c0 avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f c0 de FC à l'étape XII, est par exemple comprise entre 10 et 20 bars.The operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the spraying in step III and after the compression of the flow f c0 of FC in step XII, is for example between 10 and 20 bars.

Le flux f c0 d'huile h3 chauffé dans l'étape (II) est recueilli en sortie d'échangeur 3i par la canalisation 33, à la température Th3 > Th1 & Th2, par exemple comprise entre 200 et 350°C, puis pénètre dans l'IMA 10ii. La vitesse V du flux f c0 est, par exemple, comprise entre 10 et 20 m/s.The flow f c0 of oil h3 heated in step (II) is collected at the outlet of exchanger 3i via line 33, at the temperature Th3 > Th1 & Th2, for example between 200 and 350° C., then enters in IMA 10ii. The speed V of the flow f c0 is, for example, between 10 and 20 m/s.

L'IMA 10ii comprend un fragmenteur qui transforme ce flux liquide fc0 d'huile h3 en brouillard de gouttelettes h3. La taille de ces gouttelettes est par exemple comprise entre 200 et 400 µm.The IMA 10ii includes a fragmenter which transforms this liquid flow f c0 of h3 oil into a mist of h3 droplets. The size of these droplets is for example between 200 and 400 μm.

Comme montré sur les figures 2A&2B, dans la boucle FT, un flux liquide ft0 d'eau e1, à une température inférieure à celle de condensation Tecond, chemine dans la canalisation 46, grâce à la pompe à eau 47 de mise en circulation de ft0 , puis un flux liquide ft0 d'eau e2, à une température Te2, par exemple comprise entre 40 et 80 °C, inférieure à Tecond, parvient à l'entrée eau de l'échangeur thermique 4i fumées f2/eau e2, par la canalisation 41.As shown on the figure 2A &2B, in the loop FT, a liquid flow f t0 of water e1, at a temperature lower than that of condensation Te cond , travels in the pipe 46, thanks to the water pump 47 for circulating f t0 , then a liquid flow f t0 of water e2, at a temperature Te2, for example between 40 and 80°C, lower than Te cond , reaches the water inlet of the heat exchanger 4i fumes f2 / water e2, through the line 41.

Les fumées f2 en provenance de l'échangeur thermique 3i fumées f1/huile h2, pénètrent dans l'échangeur 4i via une autre entrée, et, de préférence, à contre-courant du flux liquide ft0.The fumes f2 coming from the heat exchanger 3i, fumes f1 / oil h2, enter the exchanger 4i via another inlet, and preferably countercurrent to the liquid flow f t0 .

La pression de service Pf '(en bars) du flux f t avant la pulvérisation de l'étape III et après la compression du flux f t00 de FC à l'étape XIV est par exemple identique à Pf c0 et comprise entre 10 et 20 bars.The operating pressure Pf '(in bars) of the flow f t before the spraying of stage III and after the compression of the flow f t00 of FC in stage XIV is for example identical to Pf c0 and between 10 and 20 bars.

Le flux f t d'eau e3 chauffé dans l'étape (V) et au moins en partie constitué de vapeur, est recueilli en sortie d'échangeur 4i par la canalisation 43, à la température Te3> Te1 & Te2, par exemple comprise entre 180 et 250°C, puis pénètre dans l'IMA 10ii.The flow f t of water e3 heated in step (V) and at least partly consisting of steam, is collected at the outlet of the exchanger 4i through the pipe 43, at the temperature Te3> Te1 & Te2, for example included between 180 and 250°C, then enters the IMA 10ii.

Te3 correspond avantageusement à la température d'évaporation Tevap du FT, en l'occurrence de l'eau. La vitesse V du flux ft de vapeur est, par exemple, comprise entre 60 et 100 m/s.Te3 advantageously corresponds to the evaporation temperature Te vap of the FT, in this case of water. The speed V of the vapor flow f t is, for example, between 60 and 100 m/s.

L'étape éventuelle (VI) de chauffage du flux f t d'eau e3 flux ft, pour le vaporiser de sorte que son titre en vapeur soit supérieur ou égal à 0,9; de préférence à 0,95, est réalisée par un dimensionnement adapté de l'échangeur 4i.The optional step (VI) of heating the flow f t of water e3 flow f t , to vaporize it so that its vapor content is greater than or equal to 0.9; preferably at 0.95, is achieved by suitable sizing of the exchanger 4i.

La partie commune aux boucles FT et FC qui comprend les éléments du dispositif IMA 10ii, turbine 11iii, alternateur 12iv et séparateur 13v, est ensuite le siège:

  • de l'étape (III) de pulvérisation du flux f c0 chauffé dans l'étape (II) pour générer un flux f c1 fragmenté de gouttelettes de fluide FC, en l'occurrence huile;
  • de l'étape (VII) d'injection du flux ft dans au moins une enceinte recevant également le flux f c1 de fluide FC, pour former un flux mélangé biphasique f c1/t e3m;
  • de l'étape (VIII) d'accélération et de détente du flux f c1/t mélangé biphasique e3m.
The part common to the FT and FC loops which includes the elements of the IMA device 10ii, turbine 11iii, alternator 12iv and separator 13v, is then the seat:
  • step (III) of spraying the stream f c0 heated in step (II) to generate a stream f c1 fragmented with droplets of fluid FC, in this case oil;
  • of the step (VII) of injecting the flow f t into at least one enclosure also receiving the flow f c1 of fluid FC, to form a two-phase mixed flow f c1/t e3m;
  • of step (VIII) of acceleration and relaxation of the biphasic mixed flow f c1/t e3m.

Cette accélération augmente la vitesse du flux f c1 mélangé au flux f t, de 10 à 20 m/s, à une vitesse Vf c1/t supérieure ou égale à 100 m/s, par exemple comprise entre 120 et 140 m/s. Ce flux f c1/t mélangé biphasique e3m, devient le flux fc1/t mélangé biphasique accéléré e4.This acceleration increases the speed of the flow f c1 mixed with the flow f t , from 10 to 20 m/s, to a speed Vf c1/t greater than or equal to 100 m/s, for example between 120 and 140 m/s. This biphasic mixed flux f c1/t e3m becomes the accelerated biphasic mixed flux f c1/t e4.

Lors de l'étape (VII) pour former un flux mélangé biphasique f c1/t , on règle les débits massiques des fluides FT et FC de telle sorte que le rapport Rd= débit massique de FT/Σ débits massiques de FT & FC = 1 à 20%, par exemple 10 %.During step (VII) to form a two-phase mixed flow f c1/t , the mass flow rates of the fluids FT and FC are adjusted so that the ratio Rd= mass flow rate of FT/Σ mass flow rates of FT & FC = 1 to 20%, for example 10%.

La figure 2B qui représente le cycle décrit par le flux f t de vapeur e3 entre la source chaude et la source froide dans l'espace T température et S entropie, montre que la détente de l'étape (VII), est une détente isotherme jusqu'au mélange du flux f t de vapeur et du flux f c1 fragmenté, qui induit une détente quasi-isotherme jusqu'au flux f c1/t e3m.There figure 2B which represents the cycle described by the flow f t of vapor e3 between the hot source and the cold source in space T temperature and S entropy, shows that the expansion of stage (VII), is an isothermal expansion up to the mixture of the vapor flow f t and the fragmented flow f c1 , which induces quasi-isothermal expansion down to the flow f c1/t e3m.

Cela correspond à l'étape (VIII) d'accélération et de détente du flux mélangé biphasique f c1/t.This corresponds to step (VIII) of acceleration and expansion of the biphasic mixed flow f c1/t .

Cela suppose de faire en sorte par le dimensionnement des échangeurs 3i & 4i que Th3 soit > à Te3.This supposes to ensure by the dimensioning of the exchangers 3i & 4i that Th3 is > to Te3.

L'accélération subie par le flux f c1/t e3m dans l'IMA 10ii produit un flux accéléré f c1/t e4, qui est projeté sur les aubes de la turbine 11iii, par exemple de type Pelton 9, utile comme convertisseur de l'énergie cinétique en une énergie mécanique de rotation transmise à l'alternateur 12iv qui produit de l'énergie électrique, tout ceci dans le cadre de l'étape (IX).The acceleration undergone by the flow f c1 / t e3m in the IMA 10ii produces an accelerated flow f c1 / t e4, which is projected on the blades of the turbine 11iii, for example of the Pelton 9 type, useful as a converter of the kinetic energy into mechanical rotational energy transmitted to the alternator 12iv which produces electrical energy, all this within the framework of step (IX).

Avant la séparation de l'étape (X), le flux f c1/t e4 devenu e5 et libéré d'une grande partie de son énergie cinétique, est caractérisé par une pression Pf c1/t environ égale ou égale à la pression atmosphérique.Before the separation of step (X), the flow f c1/t e4 which has become e5 and released from a large part of its kinetic energy, is characterized by a pressure Pf c1/t approximately equal to or equal to atmospheric pressure.

Après la séparation de l'étape (X), le flux f c1/t e5 se divise en un flux f t100 e6 et en un flux fc0 h1. f c1/t et f t100 sont récupérés séparément selon l'étape (XI).After the separation of step (X), the flow f c1/t e5 is divided into a flow f t100 e6 and a flow f c0 h1. f c1/t and f t100 are recovered separately according to step (XI).

La figure 2B montre que les températures Te3m, Te4,Te4, Te5 et Te6 sont égales entre elles et sont supérieures à la température Tevap = Te3.There figure 2B shows that the temperatures Te3m, Te4, Te4, Te5 and Te6 are equal to each other and are greater than the temperature Te vap = Te3.

Dans l'étape (XII), on comprime et on augmente la vitesse de circulation de fc0.In step (XII), the flow rate is compressed and increased by f c0 .

Le flux f t00 de vapeur d'eau e6 voit sa température chuter pour atteindre la température Te1 du flux f t0 au moins en partie d'eau liquide e1, lors de l'étape de condensation selon l'étape (XIII).The flow f t00 of water vapor e6 sees its temperature drop to reach the temperature Te1 of the flow f t0 at least partly of liquid water e1, during the condensation step according to step (XIII).

Dans l'étape (XIV), on comprime et on augmente la vitesse de circulation de ft0.In step (XIV), the circulation speed is compressed and increased by f t0 .

Autre Variante de ce mode préféré de mise en œuvre du procédé selon inventionAnother variant of this preferred mode of implementation of the method according to the invention

Suivant une possibilité intéressante de l'invention, on fait en sorte que la détente du flux f t dans l'enceinte recevant également le flux f c1 de brouillard de fluide FC, engendre un effet de trompe provoqué par un flux moteur à savoir le flux f t de FT, sur un flux aspiré à savoir le flux f c1 de FC.According to an interesting possibility of the invention, it is ensured that the expansion of the flow f t in the enclosure also receiving the flow f c1 of fluid mist FC, generates a horn effect caused by a driving flow, namely the flow f t of FT, on an aspirated flow, namely the flow f c1 of FC.

Cet effet de trompe est déterminé par la configuration de l'enceinte de mélange de l'IMA 10ii.This horn effect is determined by the configuration of the IMA 10ii mixing chamber.

Des exemples de réalisation d'une telle configuration sont donnés ci-après.Examples of embodiments of such a configuration are given below.

Variante "double détente" de ce mode préféré de mise en œuvre du procédé selon invention " Double expansion " variant of this preferred mode of implementation of the process according to the invention

Il s'agit dans cette variante d'exécuter une étape (VIII°) de pré-accélération du flux ft par détente, de préférence polytropique, du flux f t.This variant involves performing a step (VIII°) of pre-acceleration of the flow f t by expansion, preferably polytropic, of the flow f t .

La figure 3A montre le schéma du système selon cette variante "double détente".There Figure 3A shows the diagram of the system according to this "double expansion" variant.

Cela correspond au schéma du système selon le mode préféré de réalisation montrée à la figure 2A, à la différence près, que le flux f t de vapeur d'eau e3 est introduite, via la canalisation 43.1 reliée à la sortie de l'échangeur 4i, dans un accélérateur 14 de vapeur seule, dans lequel ce flux f ' est soumis à une détente, de préférence polytropique, qui fait chuter la température de Tevap = Te3 par exemple comprise entre 210 et 230°C, jusqu'à une température Te3i > Tevap = Te3 par exemple comprise entre 180 et 205 °C.(Voir figure 3B).This corresponds to the diagram of the system according to the preferred embodiment shown in figure 2A , with the difference that the flow f t of steam e3 is introduced, via the pipe 43.1 connected to the outlet of the exchanger 4i, into an accelerator 14 of steam alone, in which this flow f 'is subjected to an expansion, preferably polytropic, which causes the temperature of Tevap = Te3 to fall, for example between 210 and 230°C, down to a temperature Te3i > Tevap = Te3 for example between 180 and 205°C. (See Figure 3B ).

Le flux f t de vapeur d'eau e3i est ensuite admis, par l'intermédiaire de la canalisation 43.2, dans l'IMA 10ii.The flow f t of water vapor e3i is then admitted, via the conduit 43.2, into the IMA 10ii.

Le reste du système selon cette variante "double détente" correspond à la description faite pour le système selon le mode préféré de mise en oeuvre du procédé selon invention.The rest of the system according to this "double expansion" variant corresponds to the description given for the system according to the preferred mode of implementation of the method according to the invention.

DISPOSITIFDEVICE

Dans un autre de ses aspects, la présente invention concerne un dispositif notamment pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ce dispositif comprend :In another of its aspects, the present invention relates to a device in particular for implementing the method according to the invention. This device includes:

Échangeur thermique 3i3i heat exchanger

Il s'agit par exemple d'un échangeur fumées/huile tubulaire (à contre-courant).This is, for example, a flue gas/tube oil exchanger (against the current).

Échangeur thermique 4i4i heat exchanger

Il s'agit par exemple d'un échangeur fumées/eau à plaques (à contre-courant).This is, for example, a flue gas/water plate exchanger (against the current).

Accélérateur 14 de vapeur seuleSteam Accelerator 14 only

Il s'agit par exemple d'une tuyère de détente dont le profil est optimisé pour accélérer la vitesse du flux de vapeur de FT.This is, for example, an expansion nozzle whose profile is optimized to accelerate the speed of the flow of FT vapor.

IMA 10iiIMA 10ii

De préférence, le (ou les) mélangeur(s) 10M compris dans l'IMA 10ii peu(ven)t être un(des) mélangeur(s) dans le(s)quel(s) le fragmenteur est un fragmenteur à buses et/ou tout autre dispositif connu en soi comprenant un fragmenteur adapté.Preferably, the 10M mixer(s) included in the IMA 10ii can be a mixer(s) in which the splitter(s) is a nozzle splitter and / or any other device known per se comprising a suitable fragmenter.

De préférence, le (ou les) accélérateur(s) 10A compris dans l'IMA 10ii peu(ven)t être une (des) tuyère(s) d'accélération dimensionnées pour être soniques au col (Vitesse du fluide = vitesse du son dans le milieu).Preferably, the accelerator(s) 10A included in the IMA 10ii can be one or more acceleration nozzle(s) sized to be sonic at the throat (Fluid speed = speed of sound in the middle).

Mode de réalisation avec un mélangeur à busesEmbodiment with a nozzle mixer

Comme montré sur la figure 4, le mélangeur à buses comprend de préférence:

  • au moins une chambre 50 de mélange du flux sous forme de brouillard et du flux f t sous forme de vapeur ou de mélange vapeur/eau, cette chambre de mélange 50 convergeant dans le sens des flux ft et fc1;
  • au moins un conduit 51 d'admission du flux ft de FT dans la chambre 50 de mélange ;
  • au moins une canalisation 52 d'admission de FC dans la chambre 50 de mélange;
As shown on the figure 4 , the nozzle mixer preferably comprises:
  • at least one chamber 50 for mixing the flow in the form of mist and the flow f t in the form of steam or a steam/water mixture, this mixing chamber 50 converging in the direction of the flows f t and f c1 ;
  • at least one duct 51 for admitting the flow f t of FT into the mixing chamber 50;
  • at least one FC inlet pipe 52 in the mixing chamber 50;

La chambre 50 de mélange a dans cet exemple de réalisation une forme générale d'ogive, pourvue d'une paroi amont 53, d'une paroi longitudinale 54, et d'une partie terminale aval 55 de convergence. La paroi amont 53 est reliée au conduit 51 d'admission de FT à l'intérieur de la chambre 50 de mélange. Un porte-tuyère 56 connecte le conduit d'admission 51 à une tuyère 57 terminale d'éjection du flux ft de vapeur e3i dans l'enceinte 58 de la chambre de mélange 50. Le porte-tuyère 56 comprend dans sa partie terminale une tuyère 57 permettant de réaliser l'étape (VIII) d'accélération et de détente du flux f t, de préférence quasi isotherme ou par défaut polytropique, du flux f t de vapeur e3 (figure 3A) de manière à obtenir le flux f t de vapeur e3i éjecté.The mixing chamber 50 has in this embodiment the general shape of an ogive, provided with an upstream wall 53, a longitudinal wall 54, and a downstream end portion 55 of convergence. The upstream wall 53 is connected to the conduit 51 for admission of FT inside the mixing chamber 50. A nozzle holder 56 connects the inlet duct 51 to a terminal nozzle 57 for ejecting the flow f t of vapor e3i into the enclosure 58 of the mixing chamber 50. The nozzle holder 56 comprises in its end part a nozzle 57 making it possible to carry out step (VIII) of acceleration and expansion of the flow f t , preferably quasi-isothermal or by default polytropic, of the flow f t of vapor e3 ( Figure 3A ) so as to obtain the flow f t of vapor e3i ejected.

Le porte-tuyère 56 est un segment interne et axial par rapport à la chambre de mélange. La tuyère 57 terminale d'éjection de FT comporte un orifice de sortie 57s du flux f t de vapeur e3, disposé au voisinage de la partie d'extrémité de plus petite dimension de la chambre 50 ogivale convergente.The nozzle holder 56 is an internal and axial segment with respect to the mixing chamber. The terminal FT ejection nozzle 57 comprises an outlet orifice 57 s for the flow f t of vapor e3, arranged in the vicinity of the end part of the smallest dimension of the converging ogival chamber 50 .

La canalisation 52 d'admission du flux fc0 de FC dans la chambre 50 de mélange s'étend dans une direction orthogonale par rapport au conduit 51 d'admission du flux ft de FT. Cette canalisation de 52 débouche dans une pré-chambre 60 circulaire située dans la partie amont de la chambre 50 en ogive. Cette pré chambre 60 distribue le flux fc0 de FC un ensemble de buses 61,62 périphériques réparties de manière homogène autour du porte-tuyère 56, selon 2 niveaux, un niveau amont central : buses 62 et un niveau aval périphérique : buses 61. Ces buses 61,62 dont les orifices de sortie de FC sont en amont de l'orifice de sortie 57s du flux f t de FT, produisent le brouillard de gouttelettes de FC (flux fc1) dans l'enceinte 58 de la chambre 50 de mélange.The pipe 52 for inlet of the flow f c0 of FC into the mixing chamber 50 extends in a direction orthogonal with respect to the pipe 51 for the inlet of the flow f t of FT. This pipe 52 opens into a circular pre-chamber 60 located in the upstream part of the chamber 50 in the form of an ogive. This pre-chamber 60 distributes the flow f c0 of FC to a set of peripheral nozzles 61,62 distributed evenly around the nozzle holder 56, according to 2 levels, a central upstream level: nozzles 62 and a peripheral downstream level: nozzles 61. These nozzles 61,62 whose FC outlet orifices are upstream of the outlet orifice 57 s of the flow f t of FT, produce the mist of FC droplets (flow f c1 ) in the enclosure 58 of the chamber 50 mix.

La partie terminale aval 55 de convergence de la chambre 50 de mélange est solidarisée à la paroi longitudinale 54 de cette chambre 50 de mélange, au moyen d'un système amont de brides et de boulons désignés par la référence générale 63 sur la figure 4. Un joint 64 circulaire d'étanchéité est disposé entre cette partie terminale aval 55 et la paroi longitudinale 54. Un autre système aval 66 de brides et de boulons permet la solidarisation de la partie terminale aval 55 de la chambre en ogive 50 à un conduit d'accélération 67. Ce dernier est constitué par une tuyère (dont seule la partie amont et représentée sur la figure 4), recueille le flux mélangé biphasique f c1/t (référencé e3m sur la figure 3A) pour lui faire subir une accélération.The downstream end part 55 of convergence of the mixing chamber 50 is secured to the longitudinal wall 54 of this mixing chamber 50, by means of an upstream system of flanges and bolts designated by the general reference 63 on the figure 4 . A circular sealing gasket 64 is arranged between this downstream end part 55 and the longitudinal wall 54. Another downstream system 66 of flanges and bolts allows the attachment of the downstream end part 55 of the ogival chamber 50 to a conduit of acceleration 67. The latter consists of a nozzle (of which only the upstream part and represented on the figure 4 ), collects the biphasic mixed flow f c1/t (referenced e3m on the Figure 3A ) to make it undergo an acceleration.

Les buses 61 et 62, qui sont par exemple et en l'occurrence celles qui comportent une partie d'extrémité en forme hélicoïdale (« tire-bouchon »).The nozzles 61 and 62, which are for example and in this case those which comprise an end portion in the form of a helical (“corkscrew”).

Le porte tuyère 56 avec un rétreint amont 59, de même que la tuyère d'accélération 67 sont également des pièces connues en elle-même et appropriées à l'exercice de la fonction accélération de fluide vapeur ou biphasique vapeur/huile.The nozzle holder 56 with an upstream constriction 59, as well as the acceleration nozzle 67 are also parts known per se and suitable for the performance of the vapor or biphasic vapor/oil fluid acceleration function.

Sur une caractéristique remarquable de l'invention, l'extrémité de l'orifice de sortie 57s de la tuyère 57 terminale d'éjection est placée à une distance d de la partie terminale amont de l'entrée du conduit d'accélération 67 de diamètre D, telle que : D ≤ d ≤ 3D, de préférence, 1,5D ≤ d ≤ 2,5D.On a remarkable characteristic of the invention, the end of the outlet orifice 57 s of the terminal ejection nozzle 57 is placed at a distance d from the terminal part upstream of the inlet of the acceleration duct 67 of diameter D, such that: D≤d≤3D, preferably 1.5D≤d≤2.5D.

Sur une autre caractéristique remarquable de l'invention, la structure convergente ogivale de la chambre de mélange 50, le positionnement relatif de la tuyère 57 en aval des buses 61/62 permet de générer un effet de trompe par lequel le flux f * de FT est un fluide moteur qui entraîne le fluide aspiré constitué par le brouillard de gouttelettes de fluide FC (huile) flux fc1.On another remarkable characteristic of the invention, the converging ogival structure of the mixing chamber 50, the relative positioning of the nozzle 57 downstream of the nozzles 61/62 makes it possible to generate a horn effect by which the flow f * of FT is a motive fluid which entrains the aspirated fluid constituted by the mist of fluid droplets FC (oil) flux f c1 .

Cet effet de trompe permet de réduire la pression en sortie de la pompe 35 du fluide FC et donc de réduire la puissance consommée.This horn effect makes it possible to reduce the pressure at the outlet of the pump 35 of the fluid FC and therefore to reduce the power consumed.

Convertisseur énergie cinétique/ Kinetic energy converter / énergie mécanique 11iii mechanical energy 11ii i

Il s'agit par exemple d'une turbine de type Pelton, telle que celle décrite dans la demande de brevet PCT WO2012/089940A2 , en particulier sur les figures de 3 et 4 et dans les parties correspondantes de la description.This is for example a Pelton-type turbine, such as that described in the patent application PCT WO2012/089940A2 , in particular in Figures 3 and 4 and in the corresponding parts of the description.

Cet exemple de convertisseur d'énergie cinétique 11iii est décrit à nouveau ci-après en référence à la figure 5.This example of kinetic energy converter 11iii is described again below with reference to the figure 5 .

Le convertisseur d'énergie cinétique 11iii comprend une enceinte calorifugée 150 formée de deux demi-coques 152 bombées de forme elliptique avantageusement soudées sur deux brides 154. La soudure des deux demi-coques 152 forme une enceinte 150 étanche d'axe B sensiblement vertical et perpendiculaire à l'axe A de l'injecteur 151. Le fond de l'enceinte 150 forme par exemple le réservoir de fluide caloporteur FC (huile) où celui-ci est récolté après son passage dans le convertisseur 11iii, comme cela sera décrit ultérieurement.The kinetic energy converter 11iii comprises a heat-insulated enclosure 150 formed of two domed half-shells 152 of elliptical shape advantageously welded to two flanges 154. The welding of the two half-shells 152 forms a sealed enclosure 150 of substantially vertical axis B and perpendicular to the axis A of the injector 151. The bottom of the enclosure 150 forms, for example, the heat transfer fluid reservoir FC (oil) where the latter is collected after it has passed through the converter 11iii, as will be described later. .

Une cuve 155 est disposée à l'intérieur de l'enceinte 150. Cette cuve 155 est formée d'un fond 156 de forme sensiblement tronconique ou en forme d'entonnoir et d'une paroi 157 de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir du fond 156, le fond 156 et la paroi 157 s'étendant selon l'axe B. Une roue à action 158 cylindrique est montée en rotation sur la cuve 155 par l'intermédiaire d'un arbre 159 s'étendant selon l'axe B sensiblement vertical. La roue à action 158 est disposée en regard de l'injecteur 20 de sorte que le jet injecté par celui-ci entraîne la roue à action 158 et l'arbre 159 en rotation de sorte à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation de l'arbre 159. La roue à action 158 est disposée dans l'enceinte 150.A tank 155 is arranged inside the enclosure 150. This tank 155 is formed of a bottom 156 of substantially frustoconical or funnel-shaped shape and a wall 157 of substantially cylindrical shape extending from bottom 156, bottom 156 and wall 157 extending along axis B. A cylindrical action wheel 158 is rotatably mounted on tank 155 via a shaft 159 extending along axis B substantially vertical. The action wheel 158 is placed facing the injector 20 so that the jet injected by the latter drives the action wheel 158 and the shaft 159 in rotation so as to transform the axial kinetic energy of the jet into energy. kinetics of rotation of the shaft 159. The action wheel 158 is arranged in the enclosure 150.

La roue à action 158 comprennent une pluralité d'aubes 160 s'étendant sensiblement radialement et présentant une forme concave. La concavité 161 des aubes 160 est tournée vers l'injecteur 151 de sorte que le jet injecté provenant de l'injecteur atteint lesdites concavités 161 et entraîne la rotation de la roue 158. La concavité des aubes 160 présente une forme asymétrique par rapport à un axe C passant par le fond 162 des concavités et sensiblement perpendiculaire à ces concavités, c'est-à-dire sensiblement parallèle à l'axe A situé au-dessus de l'axe C. Cette asymétrie détermine pour chaque aube 160 une partie supérieure 163 s'étendant au-dessus de l'axe C et une partie inférieure 164 s'étendant en dessous de l'axe C. La partie supérieure 163 et la partie inférieure 164 présentent des rayons de courbure et des longueurs différents. En particulier, le rayon de courbure de la partie inférieure 164 est plus grand que le rayon de courbure de la partie supérieure 163, tandis que la longueur de la partie inférieure 164 est supérieure à la longueur de la partie supérieure 163.The impeller 158 includes a plurality of blades 160 extending substantially radially and having a concave shape. The concavity 161 of the blades 160 is turned towards the injector 151 so that the injected jet coming from the injector reaches said concavities 161 and causes the rotation of the wheel 158. The concavity of the blades 160 has an asymmetrical shape with respect to a axis C passing through the bottom 162 of the concavities and substantially perpendicular to these concavities, that is to say substantially parallel to the axis A located above the axis C. This asymmetry determines for each blade 160 an upper part 163 extending above the C axis and a lower part 164 extending below the C axis. The upper part 163 and the lower part 164 have radii of curvature and different lengths. In particular, the radius of curvature of the lower part 164 is greater than the radius of curvature of the upper part 163, while the length of the lower part 164 is greater than the length of the upper part 163.

L'injecteur 151 est agencé pour injecter le jet sur la partie supérieure 163 des aubes 160. La position de l'injection du jet sur les aubes 160 ainsi que la forme particulière de celles-ci permettent d'allonger le trajet du jet dans les aubes 160 et d'améliorer la stratification de ce jet en sortie des aubes, ce qui permet la séparation ultérieure du fluide caloporteur et du gaz à haute température. L'angle de sortie du jet des aubes 160, c'est-à-dire l'angle formé entre la tangente à l'extrémité de la partie inférieure de l'aube et l'axe horizontal C, est sensiblement compris entre 8° et 12° de sorte que le jet en sortie d'aube 160 présente une énergie cinétique plus importante que dans une turbine Pelton classique où l'angle de sortie des aubes est sensiblement compris entre 4° et 8°. Ce surcroît d'énergie cinétique permet d'améliorer la séparation du fluide caloporteur et du gaz à haute température.The injector 151 is arranged to inject the jet on the upper part 163 of the blades 160. The position of the injection of the jet on the blades 160 as well as the particular shape of the latter make it possible to lengthen the path of the jet in the blades 160 and to improve the stratification of this jet at the outlet of the blades, which allows the subsequent separation of the heat transfer fluid and the high temperature gas. The exit angle of the jet of the blades 160, that is to say the angle formed between the tangent at the end of the lower part of the blade and the horizontal axis C, is substantially between 8° and 12° so that the jet at the vane outlet 160 has a greater kinetic energy than in a conventional Pelton turbine where the outlet angle of the vanes is substantially between 4° and 8°. This increase in kinetic energy makes it possible to improve the separation of the heat transfer fluid and the gas at high temperature.

Séparateur13v = déflecteur165 Separator13v = deflector165

En sortie d'aube 160, le jet pénètre dans un déflecteur 165 s'étendant sous les aubes 160 et agencé pour réorienter le fluide reçu vers la paroi 157 de la cuve 155. Le déflecteur 165 permet de stratifier le mélange du fluide caloporteur et du gaz à haute température, comme représenté sur la figure 4 du WO2012/089940A2 . En particulier le déflecteur 165, plus particulièrement représenté sur la figure 3 du WO2012/089940A2 , présente une forme agencée pour récupérer le mélange sortant de la roue 158 selon une direction sensiblement verticale et pour réorienter de façon continue ce mélange selon une direction sensiblement horizontale, comme représenté sur la figure 4 du WO2012/089940A2 , de façon à ce qu'il sorte du déflecteur 165 de façon tangentielle à la paroi 157 de la cuve 155, c'est-à-dire que le mélange sort du déflecteur 165 en longeant la paroi 157 de la cuve 155. A cet effet, le déflecteur 165 comprend au moins une ouverture d'entrée 166 du mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action 158, ladite ouverture s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe B de la roue 158, c'est-à-dire un plan sensiblement horizontal, et une ouverture de sortie 167 du mélange, ladite ouverture s'étendant au voisinage de la paroi 157 de la cuve 155 et dans un plan sensiblement vertical. L'ouverture d'entrée 166 et l'ouverture de sortie 167 sont reliées l'une à l'autre par une enveloppe 168 présentant une forme courbe, comme représenté sur la figure 3 du WO2012/089940A2 . Selon le mode de réalisation particulier représenté sur la figure 3 du WO2012/089940A2 , des parois internes s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe 168 sensiblement parallèlement à celle-ci de sorte à définir des canaux de circulation du mélange dans l'enveloppe et à séparer plusieurs ouvertures d'entrée et un nombre correspondant d'ouvertures de sortie.At the blade 160 outlet, the jet enters a deflector 165 extending under the blades 160 and arranged to redirect the fluid received towards the wall 157 of the tank 155. The deflector 165 makes it possible to stratify the mixture of heat transfer fluid and high temperature gas, as shown in the figure 4 of WO2012/089940A2 . In particular the deflector 165, more particularly represented on the picture 3 of WO2012/089940A2 , has a shape arranged to recover the mixture leaving the wheel 158 in a substantially vertical direction and to continuously redirect this mixture in a substantially horizontal direction, as shown in the figure 4 of WO2012/089940A2 , so that it leaves the deflector 165 tangentially to the wall 157 of the tank 155, that is to say that the mixture leaves the deflector 165 along the wall 157 of the tank 155. At this Indeed, the deflector 165 comprises at least one inlet opening 166 for the mixture of heat transfer fluid and high temperature gas at the outlet of the action wheel 158, said opening extending in a plane substantially perpendicular to the axis B of the impeller 158, that is to say a substantially horizontal plane, and an outlet opening 167 for the mixture, said opening extending in the vicinity of the wall 157 of the tank 155 and in a substantially vertical plane. The inlet opening 166 and the outlet opening 167 are connected to each other by an envelope 168 having a curved shape, as shown in the picture 3 of WO2012/089940A2 . According to the particular embodiment shown in the picture 3 of WO2012/089940A2 , internal walls extend inside the casing 168 substantially parallel thereto so as to define channels for circulation of the mixture in the casing and to separate several inlet openings and a corresponding number of exit openings.

La séparation du fluide caloporteur et du gaz haute température commence dans les aubes 160 par la centrifugation du mélange due à la forme des aubes 160. En passant dans le déflecteur 165, le reste du mélange est stratifié et passe de façon continue d'un écoulement selon la direction de sortie de la roue 158 à un écoulement tangentiel à la paroi 157 de la cuve 155, comme représenté sur la figure 4 du WO2012/089940A2 . Cet écoulement tangentiel provoque une centrifugation du mélange, du fait de la forme cylindrique de la paroi 157, ce qui permet d'achever la séparation du gaz haute température et du fluide caloporteur par effet cyclone. Ainsi, la séparation du mélange est réalisée de façon optimale de sorte que le fluide caloporteur et le gaz à haute température sont séparés à plus de 98 %. Le fait de prévoir une roue à action 158 en rotation autour d'un axe B sensiblement vertical permet de créer l'effet cyclone sur la paroi de la cuve, du fait qu'il est possible de placer un déflecteur 165 réorientant le mélange de façon adéquate.The separation of the heat transfer fluid and the high temperature gas begins in the blades 160 by the centrifugation of the mixture due to the shape of the blades 160. Passing through the deflector 165, the rest of the mixture is stratified and passes continuously from a flow along the exit direction of the impeller 158 to a flow tangential to the wall 157 of the tank 155, as represented on the figure 4 of WO2012/089940A2 . This tangential flow causes a centrifugation of the mixture, due to the cylindrical shape of the wall 157, which makes it possible to complete the separation of the high temperature gas and the heat transfer fluid by cyclone effect. Thus, the separation of the mixture is carried out optimally so that the heat transfer fluid and the high temperature gas are more than 98% separated. The fact of providing an action wheel 158 in rotation around a substantially vertical axis B makes it possible to create the cyclone effect on the wall of the tank, because it is possible to place a deflector 165 redirecting the mixture in an appropriate manner.

Selon un mode de réalisation, le convertisseur d'énergie comprend plusieurs injecteurs 151, par exemple six, comme dans une turbine Pelton classique et un nombre égal de déflecteurs 165.According to one embodiment, the energy converter comprises several injectors 151, for example six, as in a conventional Pelton turbine and an equal number of deflectors 165.

Une fois séparé, le fluide caloporteur est entraîné vers le fond de la cuve 155 par la gravité, tandis que le gaz haute température, formé par de la vapeur d'eau se déplace vers le haut de l'enceinte 150. La partie supérieure de l'enceinte 150 comprend des moyens de récupération 169 du flux ft vapeur haute température séparé du fluide caloporteur FC. Le flux ft vapeur haute température sort de l'enceinte par ces moyens de récupération 169 et circule dans le reste de l'installation comme cela sera décrit ultérieurement.Once separated, the heat transfer fluid is drawn towards the bottom of the tank 155 by gravity, while the high temperature gas, formed by water vapor moves towards the top of the enclosure 150. The upper part of the enclosure 150 comprises means 169 for recovering the high temperature steam stream f t separated from the heat transfer fluid FC. The high temperature vapor flow f t leaves the enclosure by these recovery means 169 and circulates in the rest of the installation as will be described later.

Le fond 156 de la cuve 155 comprend des moyens de récupération 170 du fluide caloporteur, afin que celui-ci passe dans le réservoir 171 en sortant de la cuve 157. Ces moyens de récupération 170 sont par exemple formés par des trous d'écoulement pratiqués dans le fond 156 de la cuve 155 et communiquant entre la cuve 155 et le fond de l'enceinte 150.The bottom 156 of the tank 155 comprises means 170 for recovering the heat transfer fluid, so that the latter passes into the reservoir 171 on leaving the tank 157. These recovery means 170 are for example formed by flow holes made in the bottom 156 of the tank 155 and communicating between the tank 155 and the bottom of the enclosure 150.

Le fluide caloporteur récupéré sert notamment à lubrifier au moins un palier à butée lisse 70 de type hydrodynamique par l'intermédiaire duquel l'arbre 159 de la roue à action 158 est monté en rotation sur le fond 156 de la cuve 155. En effet, le palier à butée lisse 172 baigne dans le fluide caloporteur récupéré par les moyens de récupération 173. Un tel palier 172 permet d'assurer la rotation de l'arbre 159 à grande vitesse dans un environnement à haute température avec une durée de vie importante, au contraire des classiques roulements à billes. En outre, l'installation du palier 172 à l'intérieur de l'enceinte 150 permet de ne pas avoir de problème d'étanchéité et d'éviter les fuites de caloporteur qui pourraient être dangereuse. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 7, le convertisseur 11iii comprend deux paliers à butée lisse 172. Dans le réservoir 171, une pompe de circulation 173 de fluide caloporteur FC (huile), par exemple de type volumétrique est montée sur l'arbre 159 par l'intermédiaire d'un joint homocinétique 174. Cette pompe est reliée à une conduite de sortie 175 reliant l'intérieur de l'enceinte 150 à l'extérieur et permettant de faire circuler le fluide caloporteur vers le reste de l'installation 1. Ainsi, la pompe de circulation 72 est agencée pour aspirer le fluide caloporteur FC du réservoir 171 et pour l'injecter dans la conduite de sortie 175. La pompe de circulation est dépourvue de moteur d'entraînement puisque son actionnement est assuré par la rotation de l'arbre 159 de la roue à action 158 entraîné par le jet injecté par l'injecteur 151.The heat transfer fluid recovered serves in particular to lubricate at least one plain thrust bearing 70 of the hydrodynamic type via which the shaft 159 of the action wheel 158 is rotatably mounted on the bottom 156 of the tank 155. Indeed, the plain thrust bearing 172 is immersed in the heat transfer fluid recovered by the recovery means 173. Such a bearing 172 makes it possible to ensure the rotation of the shaft 159 at high speed in a high temperature environment with a long service life, unlike conventional ball bearings. In addition, the installation of the bearing 172 inside the enclosure 150 makes it possible to have no sealing problem and to avoid coolant leaks which could be dangerous. According to the embodiment represented in FIG. 7, the converter 11iii comprises two plain thrust bearings 172. In the tank 171, a circulation pump 173 for heat transfer fluid FC (oil), for example of the volumetric type, is mounted on the shaft 159 via a homokinetic joint 174. This pump is connected to an outlet pipe 175 connecting the inside of the enclosure 150 to the outside and allowing the heat transfer fluid to circulate towards the rest of the installation 1. Thus, the circulation pump 72 is arranged to suck the heat transfer fluid FC from the reservoir 171 and to inject it into the outlet pipe 175. The circulation pump has no drive motor since its actuation is ensured by the rotation of the shaft 159 of the action wheel 158 driven by the jet injected by the injector 151.

Transformateur énergie mécanigue en énergie électrique : alternateur 12ivTransformer mechanical energy into electrical energy: 12iv alternator

Comme montré sur la figure 5, l'arbre 159 de la roue à action 158 sort de l'enceinte 151 par l'intermédiaire d'un piston 184 agencé pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 151 et l'extérieur de l'enceinte 151, par exemple un piston suédois. L'arbre 159 entraîne en rotation le rotor de l'alternateur 12iv, avantageusement du type à aimant permanent. Cet alternateur 12iv permet de transformer l'énergie cinétique de rotation de l'arbre 159 en énergie électrique. L'alternateur 12iv est refroidi, au niveau de son entrefer, par un ventilateur 180 monté sur son rotor et par une conduite de circulation d'eau, formant la culasse réfrigérante 181, qui gaine son stator. L'eau alimentant la culasse réfrigérante 181 provient d'une source d'alimentation en eau et est amenée à la culasse par une pompe volumétrique 182 actionnée par l'arbre 159 par l'intermédiaire d'un réducteur 183. Ainsi la pompe 108 est dépourvue de moteur d'actionnement. La culasse réfrigérante 181 sert au refroidissement de l'alternateur 12iv et au préchauffage de l'eau, comme décrit précédemment.As shown on the figure 5 , the shaft 159 of the action wheel 158 comes out of the enclosure 151 via a piston 184 arranged to ensure sealing between the interior of the enclosure 151 and the exterior of the enclosure 151 , for example a Swedish piston. The shaft 159 rotates the rotor of the alternator 12iv, advantageously of the permanent magnet type. This alternator 12iv makes it possible to transform the kinetic energy of rotation of the shaft 159 into electrical energy. The 12iv alternator is cooled, at its air gap, by a fan 180 mounted on its rotor and by a water circulation pipe, forming the cooling yoke 181, which sheaths its stator. The water supplying the cooling cylinder head 181 comes from a water supply source and is brought to the cylinder head by a volumetric pump 182 actuated by the shaft 159 via a reducer 183. Thus the pump 108 is devoid of an actuating motor. Cooling cylinder head 181 serves to cool alternator 12iv and to preheat the water, as previously described.

Condenseur 45Condenser 45

Le flux ft de vapeur d'eau collectée par les moyens de récupération 169 prévus dans l'enceinte 151 de la figure 5 est refroidi par un condenseur 45 pour être transformé en un flux ft0 de fluide thermodynamique FT (eau) liquide avant d'être recyclé.The flow f t of water vapor collected by the recovery means 169 provided in the enclosure 151 of the figure 5 is cooled by a condenser 45 to be transformed into a flow f t0 of liquid thermodynamic fluid FT (water) before being recycled.

Il peut s'agir par exemple de condenseur de type aéroréfrigérant ou d'un échangeur dont le secondaire est alimenté par de l'eau à une température inférieure à 60 °C (rivière, canal, ...).This may be, for example, an air cooler type condenser or an exchanger whose secondary is supplied with water at a temperature below 60°C (river, canal, etc.).

Claims (10)

  1. A method for converting thermal energy, preferably of waste heat, contained in
    a fluid (FF) which is at least partly gaseous, into mechanical energy, and, preferably into electrical energy and/or into cooling energy;
    said method using at least one thermodynamic fluid FT and at least one heat transfer fluid FC, wherein:
    I. a flow f c0 of an at least partly liquid fluid FC is implemented;
    II. thermal energy to be converted obtained from the fluid FF is transferred to the flow f c0;
    III. the flow f c0 heated in (II) is sprayed to generate a split flow f c1 of fluid FC;
    IV. in parallel, a flow f t0 of an at least partly liquid fluid FT is implemented;
    V. then thermal energy to be converted obtained from the fluid FF is transferred to the flow f t0 of fluid FT, to generate a flow ft, the temperature of which is higher than that of the flow ft0, the fluid FT of the flow ft being:
    i. in liquid phase;
    ii. in liquid phase and in vapour phase;
    iii. in saturation vapour phase;
    iv. or in superheated vapour phase;
    VI. if necessary, the flow ft is heated to vaporise it so that its vapour content is greater than or equal to 0.9; preferably 0.95;
    VII. the flow ft is injected into at least one enclosure also receiving the flow f c1 of fluid FC, to form a two-phase mixed flow f c1/t, the ratio Rd of the mass flow rate of the fluid FT to the total mass flow rate of the fluid FC and of the fluid FT, being comprised between 1 and 20%, preferably between 3 and 18%, and more preferably still between 5 and 150;
    VIII. this flow f c1/t is then accelerated and expanded;
    IX. the kinetic energy of this accelerated flow f c1/t is converted into mechanical energy; the latter optionally being transformed into electrical energy and/or into cooling energy;
    X. on the one hand, the fluid FT and, on the other hand, the fluid FC are separated;
    XI. on the one hand, an at least partly gaseous flow f t00 of the fluid FT and, on the other hand, an at least partly liquid flow f c0 of the fluid FC are recovered;
    XII. the speed of circulation of the flow f c0 of FC is compressed and increased;
    XIII. the at least partly gaseous flow f t00 of the fluid FT is condensed into an at least partly liquid flow f t0 of the fluid FT;
    XIV. the speed of circulation of the flow f t0 of the fluid FT is compressed and increased;
    the method comprises the implementation of at least one fluid FT circulation loop and at least one fluid FC circulation loop;
    these two loops having in common:
    i. at least one Injector-Mixer-Accelerator (IMA) wherein the flow f c0 and the flow f t are intended to be injected/mixed/accelerated;
    ii. at least one converter of the accelerated flow f c1/t into mechanical energy;
    iii. optionally at least one transformer of this mechanical energy into electrical energy and/or into cooling energy;
    iv. at least one separator of the fluid FT and the fluid FC;
    - the fluid FT circulation loop including at least one heat exchanger between the fluid FT (step V, even VI) and the fluid FF, at least one condenser of the fluid FT and at least one pump for circulating the fluid FT in this loop;
    - the fluid FC circulation loop including a heat exchanger between the fluid FC (step II) and the fluid FF and at least one pump for circulating the fluid FC in this loop.
  2. The method according to at least one of the preceding claims wherein during step VII, the injection of the flow ft of the thermodynamic fluid FT into an injection enclosure of the IMA is done at a speed comprised between 40 and 300 m/s, preferably between 50 and 150 m/s and, even more preferably, between 60 and 100 m/s.
  3. The method according to at least one of the preceding claims, wherein it is ensured that the expansion of the flow ft in the enclosure of the IMA also receiving the split flow fc1 of fluid FC, generates an effect caused by a motor flow namely the flow f t of the fluid FT, on a suctioned flow, namely the flow fc1 of the fluid FC.
  4. The method according to at least one of the preceding claims wherein before the step VIII, the flow ft is subjected, during at least one step (VIII°) of pre-acceleration by expansion, which is preferably quasiisothermal, of the flow ft, in at least one chamber of suitable profile, preferably in a duct; this step (VIII°) being advantageously implemented in the same chamber of adapted profile as that of step (VIII).
  5. The method according to at least one of the preceding claims, wherein the fluid FT is an aqueous liquid, preferably selected from the group comprising -ideally consisting of- water, glycerol and mixtures thereof; and in that the fluid FC is selected from vegetable or mineral oils, preferably from oils which are immiscible with water and/or which have a varnishing appearance temperature greater than or equal to 200°C, preferably 300°C, and more preferably still from vegetable oils; the fluid FC being ideally selected from the group comprising -ideally composed of-: castor oil and/or olive oil.
  6. The method according to at least one of the preceding claims wherein the fluid
    FF initially has a temperature greater than 200°C and preferably greater than 300°C, and/or is selected from gas fluids and, even more preferably, from the group comprising -ideally composed of-: hot air, water vapour, engine exhaust gases, fumes, in particular industrial fumes, and heat from dryers or among liquid fluids (for example as is the case in concentrating solar plants).
  7. The method according to at least one of the preceding claims comprising at least one of the following features:
    C1. an operating pressure Pf c0 (in bars) of the flow f c0 before the spraying in step III and after the compression of the flow f c0 of the fluid FC in step XII, is such that -preferably in increasing order -: 3 ≤ Pf c0 ≤ 30; 5 ≤ Pf c0 ≤ 25; 10 ≤ Pf c0 ≤ 15
    C2. an operating pressure Pf t (in bars) of the flow ft before the injection during step VII and after the compression of the flow f t00 of the fluid FC in step XIV, is such that -preferably in increasing order-: 3 Pf t 30 ; 5 Pf t 25 ; 10 Pf t 15
    Figure imgb0014
    C3. Pf c0 and Pf t are identical or different, preferably identical;
    C4. a pressure Pf c1/t of the flow f c1/t after the step IX of conversion of kinetic energy into mechanical energy, in bars and preferably in increasing order, is such:
    Pf c1/t ≤ 2; 0.3 ≤ Pf c1/t ≤ 1.5; equal or approximately equal to the atmospheric pressure.
  8. A device for implementing the method, according to at least one of the preceding claims, which comprises at least one FT circulation loop (41 - 47) and at least one fluid FC circulation loop (31 - 34), of at least one fluid FT circulation loop (41 - 47) and at least one fluid FC circulation loop (31 - 34);
    these two loops having in common:
    i. at least one Injector-Mixer-Accelerator "IMA" (10ii) wherein the flow f c0 and the flow f t are intended to be injected/mixed/accelerated;
    ii. at least one converter (11iii) of the accelerated flow f c1/t into mechanical energy;
    iii. optionally at least one transformer (12iv) of this mechanical energy into electrical energy and/or into cooling energy;
    iv. at least one separator (13v) of the fluid FT and the fluid FC;
    - the fluid FT circulation loop (41 - 47) including at least one heat exchanger (4i) between the fluid FT (step V, even VI) and the fluid FF, at least one condenser (45) of the fluid FT and at least one pump (47) for circulating the fluid FT in this loop;
    - the fluid FC circulation loop including a heat exchanger (3) between the fluid FC (step II) and the fluid FF and at least one pump (35vi) for circulating the fluid FC in this loop.
  9. The device according to claim 8, wherein the IMA (10ii) comprises at least one nozzle mixer (10M) of the split flow fc0 and of the flow ft in the form of vapour.
  10. The device according to at least one of claims 8 or 9 wherein the nozzle mixer (10M) comprises:
    - at least one splitter of flow fc0 in the form of droplets, said splitter including at least one nozzle, preferably several nozzles in order to minimise pressure drops on the flow
    fc0;
    - at least one chamber (50) for mixing the flow fc0 after splitting and the flow ft in the form of water and/or vapour, this mixing chamber converging in the direction of the flow of the fluid FT and the fluid FC;
    - at least one conduit (51) for fluid FT intake in the mixing chamber
    - at least one pipe (52) for fluid FC intake in the mixing chamber where the mixing chamber (50) includes an outlet disposed at its point of convergence, this outlet opening into at least one acceleration conduit (67);
    where the fluid FT intake conduit (51) comprises an internal and axial segment with respect to the mixing chamber (50), this internal and axial segment being provided with at least one end nozzle for ejecting the fluid FT, which includes a fluid FT outlet orifice disposed in the vicinity of the end part of the smallest dimension of the convergent mixing chamber;
    where the fluid FC intake pipe communicates with a plurality of fluid FC ejection nozzles (61, 62) which are distributed around the periphery of the internal and axial fluid FT intake segment, and which includes fluid FC outlet orifices upstream of the fluid FT outlet orifice;
    the internal and axial segment of the fluid FT intake conduit being preferably equipped with an acceleration member, advantageously formed by a venturi.
EP19744766.7A 2018-06-28 2019-06-25 Method and device for converting thermal energy Active EP3814611B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1855910A FR3083261B1 (en) 2018-06-28 2018-06-28 METHOD AND DEVICE FOR THE CONVERSION OF THERMAL ENERGY, PREFERREDLY FATAL HEAT, INTO MECHANICAL ENERGY AND, OPTIONALLY, INTO ELECTRICAL ENERGY AND/OR COOLING ENERGY
PCT/FR2019/051550 WO2020002818A1 (en) 2018-06-28 2019-06-25 Method and device for converting thermal energy

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP3814611A1 EP3814611A1 (en) 2021-05-05
EP3814611C0 EP3814611C0 (en) 2023-08-09
EP3814611B1 true EP3814611B1 (en) 2023-08-09

Family

ID=63722560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19744766.7A Active EP3814611B1 (en) 2018-06-28 2019-06-25 Method and device for converting thermal energy

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11891922B2 (en)
EP (1) EP3814611B1 (en)
AU (1) AU2019292987A1 (en)
BR (1) BR112020026709A2 (en)
CA (1) CA3104864A1 (en)
FR (1) FR3083261B1 (en)
WO (1) WO2020002818A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4208628A2 (en) 2020-09-04 2023-07-12 Technion Research & Development Foundation Limited Heat engine

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2148027A1 (en) * 1970-09-28 1972-04-06 Power Dev Inc Power machine
US3972195A (en) * 1973-12-14 1976-08-03 Biphase Engines, Inc. Two-phase engine
US3995428A (en) * 1975-04-24 1976-12-07 Roberts Edward S Waste heat recovery system
US4106294A (en) * 1977-02-02 1978-08-15 Julius Czaja Thermodynamic process and latent heat engine
US20120006024A1 (en) * 2010-07-09 2012-01-12 Energent Corporation Multi-component two-phase power cycle
EP2952703B1 (en) 2010-12-30 2020-01-22 C3 Chaix & Associes, Consultants en Technologie Device for converting thermal energy into mechanical energy
US9038389B2 (en) * 2012-06-26 2015-05-26 Harris Corporation Hybrid thermal cycle with independent refrigeration loop

Also Published As

Publication number Publication date
CA3104864A1 (en) 2020-01-02
AU2019292987A1 (en) 2021-01-21
EP3814611A1 (en) 2021-05-05
US11891922B2 (en) 2024-02-06
FR3083261B1 (en) 2022-05-20
WO2020002818A1 (en) 2020-01-02
US20210222590A1 (en) 2021-07-22
EP3814611C0 (en) 2023-08-09
BR112020026709A2 (en) 2021-04-13
FR3083261A1 (en) 2020-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2795073B1 (en) Method an cogeneration plant with thermocompression
EP1269025B1 (en) Thermo-kinetic compressor
FR2478736A1 (en) METHOD AND SYSTEM FOR POWER GENERATION BY SUPERIOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE
EP2659098B1 (en) Device for converting heat energy into mechanical energy
RU2462606C2 (en) System of wind turbine driven by system to extract energy of higher efficiency
LU83555A1 (en) ROTARY HEAT ENGINE, CONTROL METHOD THEREOF, AND SET OF ELEMENTS FOR FORMING SUCH A MOTOR BY TRANSFORMING AN EXISTING MOTOR
EP3545176B1 (en) Turbine engine, in particular a turbine generator and exchanger for such a turbine engine
FR2816993A1 (en) Energy storage and recovery system uses loop of circulating gas powered by injectors and driving output turbine
EP3814611B1 (en) Method and device for converting thermal energy
RU2455506C2 (en) Turbocharger for transport vehicle
FR2533621A1 (en) TYPE A GENERATOR THERMOSIPHON
FR2800131A1 (en) Solar powered rocket collects solar energy by the reflectors which move laterally to focus heat either into the thermal energy store or the fuel passing through the reheater
LU86156A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR EXTRACTING LIQUIDS FROM AGGREGATE AND VAPOR GAS MIXTURES
FR2855984A1 (en) PROCESS FOR TREATING SMOKE
WO2014111577A2 (en) Facility and method for producing mechanical or electrical energy from a fluid at a temperature higher than ambient temperature
FR3025593A1 (en) HYDROELECTRIC SOLAR TOWER WITH PONCTUAL CONCENTRATION
FR3003311A1 (en) TURBINE WIND TURBINE WITH MULTIFLUX VENTURI FITTING AND GAS TURBINE
EP3504480B1 (en) Modular turbine with heat exchanger for producing electrical energy
RU2157902C2 (en) Windmill-and-gas-turbine power plant
FR3132740A1 (en) DEVICE FOR CONVERTING WIND ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
FR3005701A1 (en) METHOD FOR PRODUCING COGENERATION THERMO-HYDRAULIC ELECTRICITY AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION
FR3007790A1 (en) AIRCRAFT TURBOPROPOWER UNIT COMPRISING A CIRCUIT FOR RECOVERING AND CONVERTING THERMAL ENERGY
FR3075258A1 (en) ELECTRICAL TURBOPOMPE ASSEMBLY FOR A CLOSED CIRCUIT, IN PARTICULAR A RANKINE CYCLE TYPE, COMPRISING AN INTEGRATED COOLING
FR2494372A1 (en) Directed differential with entry and exit reversed - for use in conjunction with internal combustion engines turbines, nuclear reactors etc.
FR2531746A1 (en) Installation for the generation of energy from the heat given off by a hot source.

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210126

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

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

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20230324

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

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

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

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

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 602019034623

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: FRENCH

U01 Request for unitary effect filed

Effective date: 20230830

U07 Unitary effect registered

Designated state(s): AT BE BG DE DK EE FI FR IT LT LU LV MT NL PT SE SI

Effective date: 20230915

RAP4 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: HEVATECH

U1H Name or address of the proprietor changed [after the registration of the unitary effect]

Owner name: HEVATECH; FR

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231110

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231209

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231109

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231209

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20231110

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20230809