FR2467989A1 - DEVICE FOR RECOVERING RESIDUAL ENERGY IN INDUSTRIAL PLANTS - Google Patents
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Abstract
L'invention permet d'utiliser l'énergie récupérée avec temporisation, indépendamment des conditions actuelles de la source d'énergie à considérer. A cet effet, on intercale entre la turbine T et le compresseur X d'un turbocompresseur alimenté par les gaz d'échappement A du moteur à combustion interne B, un volant rotatif S tournant librement dans ses paliers et relié d'une part à la turbine et de l'autre au compresseur par des embrayages K1 et K2. Ce dispositif est particulièrement intéressant à bord des véhicules assurant un trafic local.The invention makes it possible to use the energy recovered with time delay, independently of the current conditions of the energy source to be considered. To this end, there is interposed between the turbine T and the compressor X of a turbocharger supplied by the exhaust gases A of the internal combustion engine B, a rotary flywheel S rotating freely in its bearings and connected on the one hand to the turbine and the other to the compressor by clutches K1 and K2. This device is particularly advantageous on board vehicles providing local traffic.
Description
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L'invention a pour objet un dispositif de récupération des énergies résiduelles dans les installations industrielles, notamment dans le cas de l'énergie contenue dans les gaz The subject of the invention is a device for recovering residual energies in industrial installations, in particular in the case of the energy contained in the gases
d'échappement des moteurs à combustion interne. exhaust of internal combustion engines.
La consommation d'énergie joue un rôle essentiel dans Energy consumption plays a vital role in
tous les domaines de la technique.all areas of technology.
La tendance visant à réduire autant que possible la consomma- The trend to reduce as much as possible the consumption of
tion d'énergie se place au premier plan, mais on doit attribuer aussi une grande signification à la récupération de l'énergie excédentaire ou résiduelle apparaissant au cours de n'importe energy is at the forefront, but the recovery of surplus or residual energy occurring during
quel processus ou traitement technique, par exemple à la ré- what process or technical treatment, for example in the
cupération des chaleurs perdues dans les installations fournis- heat lost in the facilities supplied
sant la puissance et analogues.power and the like.
L'utilisation des gaz d'échappement chauds des moteurs The use of hot engine exhaust
à combustion interne a atteint une grande importance en prati- internal combustion has achieved great importance in practicing
que. On sait, en particulier, que l'on peut faire tourner une turbine avec des gaz d'échappement chauds, cette turbine actionnant à son tour un compresseur utilisable pour assurer la suralimentation du moteur lui-même en accroissant ainsi la than. It is known, in particular, that a turbine can be rotated with hot exhaust gases, this turbine in turn operating a compressor that can be used to supercharging the engine itself, thereby increasing the
puissance de ce dernier.power of the latter.
De tels turbocompresseurs ne sont cependant efficaces Such turbochargers are however effective
que lorsque l'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échap- only when the residual energy contained in the exhaust gases
pement est suffisamment forte, c'est-à-dire lorsque le moteur is sufficiently strong, that is to say when the engine
tourne à un régime élevé.turns on a high diet.
On doit considérer comme un inconvénient le fait que, It must be considered as a disadvantage that,
pour la gamme inférieure des vitesses de rotation, et notam- for the lower range of rotation speeds, and in particular
ment au cours du démarrage, l'on ne dispose pas de l'accrois- During the start-up period, it is not possible to
sement de puissance dé au turbocompresseur. the turbocharger.
La demande de brevet allemand publiéesous le n 2 808 147 fait connaître un dispositif qui s'attaque au problème ainsi posé. German Patent Application Publication No. 2,808,147 discloses a device that addresses the problem thus posed.
Pour introduire d'une manière suffisante l'air d'in- To sufficiently introduce the air of
jection et l'air comprimé dans un moteur à combustion interne, même lorsque l'énergie récupérée à partir de la turbine à gaz d'échappement ne suffit plus seule à la tache, on a associé jection and compressed air in an internal combustion engine, even when the energy recovered from the exhaust turbine is no longer sufficient for the task alone, it has been associated with
dans le cas de cette demande le turbocompresseur à gaz dtéchap- in the case of this application the gas turbocharger will
pement à un moteur électrique qui fournit ainsi au compresseur to an electric motor which thus supplies the compressor
l'énergie manquante.the missing energy.
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Il est vrai que l'on peut arriver ainsi à une améliora- It is true that we can thus achieve an improvement
tion du bilan énergétioue du moteur, mais cela exige pour l'en- the energy balance of the engine, but this requires
trainement du moteur électrique la fourniture d'une énergie electric motor flow supply of energy
extérieures, par exemple celle d'une batterie. external, for example that of a battery.
La demande de brevet allemand publiée sous le nO1 451 916 fait connaître un autre mode de transformation de l'énergie German Patent Application 1,451,916 discloses another method of transforming energy.
cinétique d'un corps en déplacement en une énergie utilisable. kinetics of a moving body in usable energy.
Cette publication part du fait de l'utilisation de l'éner- This publication is based on the use of energy
gie cinétique d'un corps en mouvement, tel qu'un véhicule au cours d'un freinage ou d'un arrêt, pour la compression d'un kinetics of a moving body, such as a vehicle during braking or stopping, for the compression of a
agent fluide dans un récipient sous pression. fluid agent in a pressure vessel.
Cet agent ainsi emmagasiné dans le récipient sous pres- This agent thus stored in the container under pres-
sion peut alors servir à entretenir pendant une courte durée la rotation du moteur du véhicule, sion can then be used to maintain the rotation of the vehicle engine for a short time,
Ce procédé permet, il est vrai d'introduire dans le mo- This process allows, it is true to introduce into the
teur une charge d'air préalablement comprimé, mais il implique la dépense importante d'un compresseur, d'un récipient sous a pre-compressed air load, but it involves the significant expense of a compressor, a
pression, de canalisations et de moyens assurant l'étanchéité. pressure, pipes and sealing means.
Il ne se produit dans ce cas aucune récupération de In this case, no recovery of
l'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement. the residual energy contained in the exhaust gas.
Un autre mode commun de récupération de l'énergie est celui du freinage de récupération utilisé pour la poduction du courant; au moment du freinage l'énergie cinétique du véhicule est appliquée à la production d'énergie électrique, énergie qui Another common mode of energy recovery is the regenerative braking used for current generation; at the moment of braking the kinetic energy of the vehicle is applied to the production of electrical energy, energy which
est rendue au réseau ou sert de tout autre manière. is returned to the network or served in any other way.
Dans ce cas encore, l'énergie récupérée dépend de la vitesse momentanée ou du nombre de tours du moteur, C'est pourquoi l'invention vise à former un dispositif récupérant l'énergie résiduelle des installations industrielles et plus particulièrement l'énergie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et cela en rendant possible,non seulement la récupération pour les gammes élevées des vitesses de rotation, mais aussi l'utilisation de l1éiergie résiduelle In this case again, the energy recovered depends on the momentary speed or the number of revolutions of the motor. Therefore, the invention aims at forming a device recovering the residual energy of the industrial installations and more particularly the energy of the gases. exhaust of internal combustion engines and this by making possible not only the recovery for high ranges of rotational speeds, but also the use of residual energy
récupérée à d'autres moments et le cas échéant avec temporisa- recovered at other times and if necessary with temporisa-
tion.tion.
L'invention résoud ce problème en prévoyant un volant The invention solves this problem by providing a steering wheel
rotatif que l'on monte à la suite du moteur de manière à em- rotary gear that is mounted as a result of the engine so as to
magasiner de l'énergie et que l'on peut relier à son tour à shop for energy and that can be connected to
une machine que l'on veut faire fonctionner en cas de besoin. a machine that we want to operate when needed.
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Le principe de l'invention peut comporter de nombreuses The principle of the invention can include many
applications et divers montages, et cela suivant le mode d'en- applications and various assemblies, and this according to the mode of
trainement du volant rotatif et aussi suivant l'utilisation ultérieur prévue pour l'énergie du volant rotatif, Ce dernier, entraîné par exemple par une turbine mue par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, emmagasine de l'énergie et cette énergie emmagasinée par le volant rotatif peut, en cas de besoin, être fournie à une machine de tout type désiré, par exemple à un compresseurs rotating the flywheel and also according to the subsequent use provided for the energy of the rotary wheel, the latter, driven for example by a turbine driven by the exhaust gas of an internal combustion engine, stores energy and this energy stored by the rotary wheel can, if necessary, be supplied to a machine of any desired type, for example to a compressor
A la différence des turbocompresseurs à gaz d'échappe- Unlike exhaust gas turbochargers
ment du type connu rappelé ci-dessus, on peut prélever dans le cas de l'invention l'énergie du volant rotatif même à l'arrêt du véhicule à moteur ou pendant que le moteur tourne à faible vitesse, de manière à obtenir un accroissement de puissance of the known type recalled above, it is possible to take in the case of the invention the energy of the rotating flywheel even at the stop of the motor vehicle or while the engine is running at low speed, so as to obtain an increase power
par l'intermédiaire du compresseur assurant une suralimenta- through the supercharger
tion du moteur au cours d'un démarrage ou dlne accélération. motor when starting or accelerating.
L'essentiel de l'invention consiste dans l'emmagasinage intermédiaire de l'énergie résiduelle disponible dans un volant rotatif. On se trouve donc en présence d'un avantage important par rapport à l'emmagasinage de cette énergie dans un récipient The essence of the invention consists in the intermediate storage of the residual energy available in a rotary wheel. There is therefore a significant advantage compared with storing this energy in a container
sous pression, cet avantage consistant en ce que la dite éner- under pressure, this advantage being that the said energy
gie emmagasinée dans le volant rotatif, au lieu de servir à entraîner le compresseur d'air de suralimentation peut être utilisée aussi bien autrement, le cas échéant, en ce sens qu'on peut monter à la suite du volant rotatif une générataire électrique dont l'énergie peut être appliquée, par exemple au stored in the rotating flywheel, instead of serving to drive the supercharging air compressor can be used as otherwise, if necessary, in that it can be mounted after the rotary wheel an electric generator whose energy can be applied, for example to
démarrage ou à l'accélération d'un véhicule à moteur électrique. starting or accelerating a motor vehicle.
Il est également possible d'utiliser l'énergie du volant rotatif pour une commande mécanique d'un démarreur ou appareil analogue. It is also possible to use the energy of the rotary wheel for mechanical control of a starter or similar device.
Dans le cas de véhicules comportant un freinage élec- In the case of vehicles with electronic braking
trique de récupération comme rappelé ci-dessus,l'énergie élec- recovery, as recalled above, the electrical energy
trique récupérée à partir de ce freinage de récupération peut être appliquée à un moteur électrique entratnant le volant rotatif. Dans tous les cas considérés, l'introduction d'un volant rotatif avec emmagasinage de l'énergie cinétique de ce dernier en vue d'une utilisation ultérieurede cette énergie, a pour This recovered braking can be applied to an electric motor driving the rotating flywheel. In all the cases considered, the introduction of a rotating flywheel with storage of the kinetic energy of the latter for later use of this energy, has for
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résultat des avantages dûs à ce que l'emmagasinage rend pos- result of the advantages due to the fact that storage makes it pos-
sible un prélèvement ultérieur de ladite énergie, quelles que a subsequent removal of that energy, whatever
soient les conditions de fonctionnement tout à fait différen- the operating conditions are quite different.
tes de l'installation à considérer. the installation to consider.
On a décrit ci-après avec plus de détails une forme Hereinafter, a more detailed form has been described.
d'exécution de l'invention donnée à titre dexemple en se réf6- of the invention given by way of example with reference to
rant aux dessins ci-Joints o: - la fig. 1 représente schématiquement un mode d'emmagasinage des énergies résiduelles dans un volant rotatif in the drawings below: FIG. 1 schematically represents a mode of storing residual energies in a rotating flywheel
entraîné par une turbine à gaz d'échappement. driven by an exhaust gas turbine.
- la fig. 2 représente une forme d'exécution comportant une - fig. 2 represents an embodiment comprising a
commande électrique du volant rotatif. electric control of the rotary wheel.
On a supposé en fig. 1 que l'installation principale est constituée par un moteur à combustion interne B. It has been supposed in fig. 1 that the main installation consists of an internal combustion engine B.
Les gaz d'échappement A de ce moteur B sont dirigés com- The exhaust gases A of this engine B are directed
me l'indique le fléche vers la turbine à gaz d'échappement T tell me the arrow to the exhaust gas turbine T
d'o ils sont évacués dans l'atmosphère. from where they are evacuated into the atmosphere.
La turbine à gaz d'échappement T entraîne à sontour par des moyens non représentés, soit directement, soit par l'intermédiaire d'engrenages le volant rotatif S. Grace à la présence de paliers de part et d'autre de ce volant S et des embrayages K1 et K2 du côté menant et du côté mené du volant, il devient possible de laisser tourner le volant rotatif lorsqu'il a emmagasiné de l'énergie, et cela The exhaust gas turbine T drives to estour by means not shown, either directly or via gearing the rotary wheel S. Thanks to the presence of bearings on either side of the steering wheel S and clutches K1 and K2 on the driving side and on the driven side of the steering wheel, it becomes possible to let the rotary wheel turn when it has stored energy, and this
indépendamment de tout entraînement par l'installation compor- independently of any training by the installation
tant le moteur B. L'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement A est ainsi emmagasinée dans le volant rotatif, même après the engine B. The residual energy contained in the exhaust gas A is thus stored in the rotating wheel, even after
réduction de la vitesse de rotation du moteur de l'installa- reduction of the speed of rotation of the motor of the
tion principale B après l'arrét de la machine alors qu'il n'existe plus d'entraînement par la turbine T. Du côté sortie du volant rotatif S est montée, au-delà de l'embrayage K2, une machine de travail X de nature non spécifiée, par exemple un main output B after stopping the machine when there is no more drive by the turbine T. On the output side of the rotary wheel S is mounted, beyond the clutch K2, a working machine X unspecified nature, for example a
compresseur d'air.air compressor.
L'utilisation d'un volant rotatif S comme accumulateur The use of a rotary wheel S as accumulator
d'énergie rend possible le prélèvement de l'énergie ainsi em- energy makes it possible to extract the energy thus
magasinée et cela en vue d'une application quelconque à un mo- shopped for the purpose of any application to a particular
ment ultérieur et indépendamment des conditions momentanées de l'installation principale et du fonctionnement de la turbine au and regardless of the momentary conditions of the main installation and the operation of the turbine at
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moment considéré.moment considered.
L'énergie prélevée sur le volant rotatif peut servir à faire fonctionner un compresseur de suralimentation mênme là The energy taken from the rotating flywheel can be used to operate a supercharger such as
o les turbocompresseurs à gaz d'échappement connus ne forc- o the known exhaust turbochargers do not necessarily
tionnent que d'une manière réduites ou s'arrêtent, On peut donc obtenir un accroissement de brève durée de la puissance de la machine principale sous forme d'aide au Only a small increase in the power of the main machine can be obtained in the form of
démarrage ou à l'accélération d'un véhicule. starting or accelerating a vehicle.
Le concept d'énergie résiduelle ne doit pas s'appliquer The concept of residual energy should not apply
seulement d'une manière stricte aux gaz d'échappement des mo- only in a strict manner to the exhaust gases of
teurs à combustion interne, mais peut être étendu d'une manière générale à toutes les installations industrielles et l'on peut ainsi transférer au cours de leur fonctionnement une fraction internal combustion engines, but can be extended in a general way to all industrial installations and it is thus possible to transfer during their operation a fraction of
de leur énergie cinétique inutilisée à un volant rotatif accu- their unused kinetic energy to a rotary wheel
mulateur S. Suivant la forme d'exécution de la fig. 2 on part à nouveau d'un véhicule F comprenant un frein électrique de récupération N. S emulator. According to the embodiment of FIG. 2 we start again with a vehicle F including a recovery electric brake N.
L'énergie électrique produite par le freinage de récu- The electrical energy produced by the braking of
pération est transmise par le conducteur 3, passant le cas échéant par un interrupteur, au moteur électrique M qui entraîne ainsi le volant rotatif S. A la sortie de ce volant rotatif, il est prévu dans le cas donné à titre d'exemple, une génératrice électrique E dont l'énergie est transmise par le conducteur 4 aux machines de travail qui peuvent être couplées à cette génératrice, Une autre possibilité d'utilisation est figure par le conducteur 5 qui permet de faire coopérer directement l'énergie électrique produite par la géné'ratrice E à l'entraînement du véhicule F au moment d'un démarrage ou d'une accélération, tion is transmitted by the driver 3, if necessary by a switch, to the electric motor M which thus drives the rotary wheel S. At the output of this rotary wheel, it is provided in the case given by way of example, a electric generator E whose energy is transmitted by the driver 4 to the work machines that can be coupled to this generator, Another possibility of use is figure by the driver 5 which allows to directly cooperate the electrical energy produced by the generator E to drive the vehicle F at the time of starting or acceleration,
Dans tous les cas, il est possible de transmettre mo- In any case, it is possible to transmit
mentanément des quantités dténergie importantes à partir du volant rotatif vers des machines d'utilisation montées à la suite de ce volant, en conservant l'avantage de l'emmagasinage mentally large quantities of energy from the rotating wheel to the use machines mounted thereafter, retaining the advantage of storage
temporaire des énergies résiduelles. temporary residual energy.
Un domaine d'application particulièrement intéressant A particularly interesting field of application
est celui du trafic local par train ou autobus. is that of local traffic by train or bus.
Au cours des fréquents freinages, arrêts, démarrages et accélérations irpsés à ce trafic, l'emmagasinage intermédiaire During frequent braking, stopping, starting and accelerating of this traffic, intermediate storage
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temporaire avec réutilisation de l'énergie résiduelle apporte temporary with reuse of residual energy brings
des avantages notables.notable benefits.
246?989246? 989
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