FR2531746A1 - Installation for the generation of energy from the heat given off by a hot source. - Google Patents
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Abstract
Description
Installation pour la production d'énergie d partir de la chaleur cédée par une source chaude.Installation for the production of energy from the heat given off by a hot source.
L'invention concerne une installation pour la production d'énergie a partir de la chaleur cédée par une source chaude, cette installation comprenant un circuit fermé de circulation d'un fluide de travail, comportant au moins un échangeur de chaleur traversé par le fluide de travail d'une part et par un effluent chaud de la source chaude d'autre part, un moyen moteur alimenté par le fluide de travail en phase vapeur, un condenseur et une pompe de circulation et de mise en pression du fluide de travail
On connaSt déjà des installations de ce te pour la production d'énergie mécanique ou électrique par exemple, à partir de la chaleur cédée par une source chaude qui peut être constituée par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par des rejets industriels chauds, etc.The invention relates to an installation for producing energy from the heat given off by a hot source, this installation comprising a closed circuit for circulation of a working fluid, comprising at least one heat exchanger through which the work on the one hand and by a hot effluent from the hot source on the other hand, a motor means supplied by the working fluid in the vapor phase, a condenser and a pump for circulation and pressurization of the working fluid
We already know of installations of this kind for the production of mechanical or electrical energy for example, from the heat given off by a hot source which can be constituted by the exhaust gases of an internal combustion engine, by hot industrial waste, etc.
Dans ces installations connues, le fluide de travail est en général un fluide organique, par exemple celui connu commercialement sous le nom de "fluorinol", du toluène, etc. In these known installations, the working fluid is generally an organic fluid, for example that known commercially under the name of "fluorinol", toluene, etc.
Ces installations ont en général un rendement assez faible et un encombrement relativement important, ce qui pose des problèmes dans le cas où une telle installation est associée à un moteur à combustion intErne de véhicule pour la récupération d'au moins une partie de l'énergie thermique dissipée par ce moteur. La limitation de la place disponi ble pour le logement de l'installation conduit à limiter la taille et le nombre des échangeurs de chaleur, ce qui diminue encore le rendement de l'installation.These installations generally have a fairly low efficiency and a relatively large size, which poses problems in the case where such an installation is associated with an internal combustion engine of a vehicle for the recovery of at least part of the energy. thermal dissipated by this motor. The limitation of the space available for housing the installation results in limiting the size and the number of heat exchangers, which further reduces the efficiency of the installation.
L'invention a pour but une installation du type indiqué plus haut, qui permet d'éliminer ou au moins de réduire ces inconvénients. The object of the invention is an installation of the type indicated above, which makes it possible to eliminate or at least reduce these drawbacks.
Elle propose une installation pour la production d'énergie à partir de chaleur cédée par une source chaude, comprenant un circuit fermé de circulation d'un fluide de travail comportant au moins un échangeur traversé par le fluide de travail d'une part et par un effluent chaud de la source chaude d'autre part, un moyen moteur alimenté par le fluide de travail en phase vapeur, un condenseur et une pompe de circulation et de mise en pression du fluide de travail, caractérisée en ce que le moyen moteur est un moteur à palettes aliment en vapeur surchauffée du fluide de travail et réalisant la détente de la vapeur en vapeur sèche uniquement. It offers an installation for the production of energy from heat supplied by a hot source, comprising a closed circuit for circulation of a working fluid comprising at least one exchanger through which the working fluid passes on the one hand and a hot effluent from the hot source on the other hand, a motor means supplied by the working fluid in the vapor phase, a condenser and a pump and circulation and pressurizing of the working fluid, characterized in that the motor means is a paddle motor supplying steam superheated with the working fluid and achieving expansion of the steam into dry steam only.
Une telle installation a un rendement très supérieur à celui des installations comparables de la technique antérieure eta par exemple dans le cas où elle est associée à un moteur à combustion interne, produit une puissance qui est comprise entre 8 et 18% environ (selon les modes de réalisation c l'invention) de la puissance nominale du moteur à combustion interne. Such an installation has a much higher efficiency than that of comparable installations of the prior art and, for example in the case where it is associated with an internal combustion engine, produces a power which is between 8 and 18% approximately (depending on the modes of realization c the invention) of the nominal power of the internal combustion engine.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide de travail est de l'eau. According to another characteristic of the invention, the working fluid is water.
Cette caractéristique est particulièrement intéressante, car elle permet d'utiliser un fluide de travail qui est non polluant, non toxique et particulièrement bon marché. De plus, les échangeurs de chaleur peuvent avoir alors des dimensions plus réduites que dans le cas où le fluide de travail est un fluide organique, de sorte que l'installa tion a un encombrement relativement faible et peut plus facilement être associée à un moteur à combustion interne de véhicule automobile. This characteristic is particularly interesting, because it makes it possible to use a working fluid which is non-polluting, non-toxic and particularly inexpensive. In addition, the heat exchangers can then have smaller dimensions than in the case where the working fluid is an organic fluid, so that the installation has a relatively small footprint and can more easily be associated with a motor with internal combustion of motor vehicle.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le moteur à palettes selon l'invention est du type sensiblement sans frottement et comprend alors un corps à surface interne sensiblement cylindrique dans laquelle tourne un rotor excentré comportant des fentes sensiblement radiales dans lesquelles sont -logées des palettes, ces palettes présentant à leurs extrémités longitudinales des talons engagés dans des rainures circulaires de deux bagues cylindriques montées à rotation0 autour de l'ase de la surface cylindrique interne du corps, aux extrémités longitu dinales ou axiales du rotor, de telle sorte que les extré- mites radialement externes des palettes sont maintenues écartées de la face interne du corps d'une distance faible sensiblement constante6 permettant de supprimer sensiblement tous les frottements des palettes à l'intérieur du corps. According to yet another characteristic of the invention, the vane motor according to the invention is of the substantially frictionless type and then comprises a body with a substantially cylindrical internal surface in which rotates an eccentric rotor comprising substantially radial slots in which are housed pallets, these pallets having at their longitudinal ends heels engaged in circular grooves of two cylindrical rings mounted for rotation0 around the base of the internal cylindrical surface of the body, at the longitudinal or axial ends of the rotor, so that the radially external ends of the pallets are kept apart from the internal face of the body by a substantially constant small distance6 making it possible to substantially eliminate all the friction of the pallets inside the body.
Cette forme particulière de réalisation d'un moteur à palettes permet au moins -de doubler la vitesse de rotation du rotor, ce qui se traduit par une augmentation considé- rable de la puissance fournie par ce moteur à palettes et donc du rendement de l'installation. This particular embodiment of a vane motor makes it possible to at least double the rotational speed of the rotor, which results in a considerable increase in the power supplied by this vane motor and therefore in the efficiency of the installation.
Dans la description qui suite faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 représente schématiquement une installa- tion selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'un moteur à palettes utilisé dans cette instàllation
- la figure 3 est une vue transversale de ce moteur à palettes
- la figure 4 représente schématiquement une chaudière utilisée dans le dispositif de la figure 1
- la figure 5 représente schémati.quement une autre forme de réalisation d'une installation selon l'invention
- la figure 6 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une variante de réalisation du moteur à palette s. In the following description given by way of example, reference is made to the appended drawings, in which
- Figure 1 schematically shows an installation according to the invention;
- Figure 2 is a longitudinal sectional view of a vane motor used in this installation
- Figure 3 is a cross-sectional view of this vane motor
- Figure 4 schematically shows a boiler used in the device of Figure 1
- Figure 5 shows schematically another embodiment of an installation according to the invention
- Figure 6 is a partial schematic view in longitudinal section of an alternative embodiment of the vane motor s.
On se réfère d'abord aux figures 1 à 4, qui resprésentent une première forme de réalisation d'une installation selon l'invention. Reference is first made to FIGS. 1 to 4, which represent a first embodiment of an installation according to the invention.
Cette installation comprend un échangeur de chaleur 10, formant chaudière, dont le corps est traversé par des effluents chauds d'une source chaude et contient des faisceaux de tubes dans lesquels circule le fluide de travail à chauffer-et vaporiser. La source chaude peut hêtre constituée par les gaz d'échappement d'un moteur thermique (par exemple un moteur à combustion interne d'un véhicule automobile, d'une locomotive, d'un navire, etc.), par des rejets industriels chauds, par des capteurs d'énergie solaire, par une source d'énergie géothermique, etc. This installation comprises a heat exchanger 10, forming a boiler, the body of which is crossed by hot effluents from a hot source and contains bundles of tubes in which the working fluid to be heated and vaporized circulates. The hot source may be made up of exhaust gases from a heat engine (for example an internal combustion engine of a motor vehicle, a locomotive, a ship, etc.), by hot industrial discharges , by solar energy collectors, by a geothermal energy source, etc.
La sortie de vapeur de l'échangeur 10 est reliée, par l'intermédiaire d'une vanne d'isolement 12, à l'admission d'un moteur à palettes présentant un arbre de sortie 16, et dont l'échappement est relié, par un séparateur vapeur-huile de lubrification, à l'entrée d'un condenseur 18. Le condenseur est un échangeur de chaleur comprenant un faisceau de tubes dans lesquels circule le fluide de travail et qui est balayé par exemple par de l'air grâce à un ventilateur 20. La sortie du condenseur 18 est reliée à un réservoir 22
de fluide de travail sous forme liquide, comprenant par
exemple un indicateur de niveau 24. Une pompe 26 de circu
lation et de mise sous pression du fluide de travail, asso
ciée à des vannes ou clapets anti-retour 28, relie la base
du réservoir 22 à l'entrée des faisceaux de tubes de l'e-
changeur 10.The steam outlet of the exchanger 10 is connected, by means of an isolation valve 12, to the inlet of a vane engine having an outlet shaft 16, and the exhaust of which is connected, by a steam-lubricating oil separator, at the inlet of a condenser 18. The condenser is a heat exchanger comprising a bundle of tubes in which the working fluid circulates and which is swept for example by air thanks to a fan 20. The outlet of the condenser 18 is connected to a reservoir 22
working fluid in liquid form, comprising
example of a level indicator 24. A pump 26 of circu
lation and pressurization of the working fluid, asso
ciée with valves or non-return valves 28, connects the base
from the reservoir 22 at the entry of the tube bundles of the e-
changer 10.
Une électrovanne 30 commande deux clapets rotatifs 32,
dont l'un est placé à l'entrée de l'échangeur de chaleur 10
dans le conduit 34 d'amenée des effluents chauds et dont
l'autre est placé dans un conduit de dérivation 36 L'élecS
trovanne 30 est associée à un capteur de température 38
monté sur la sortie de vapeur de l'échangeur 10 et à un
capteur de pression 40 monté dans un séparateur liquide
vapeur 42 associé à l'échangeur 10;
Les faisceaux de tubes logés dans le corps de l'dchaa-
geur 10 forment un économiseur, un vaporiseur et un sur
chauffeur.La sortie de l'économiseur est reliée par un
conduit 43 au séparateur 42 dont la sortie inférieure est
relié à l'entré du vaporisateur par une pompe 44 de circulation forcée. La sortie du vaporiseur est reliée à nou
veau au séparateur liquide-vapeur 42. La sortie supérieure
de ce séparateur est reliée à l'entrée du surchauffeur.A solenoid valve 30 controls two rotary valves 32,
one of which is placed at the inlet of the heat exchanger 10
in the duct 34 for supplying hot effluents and of which
the other is placed in a bypass 36 the elecS
valve 30 is associated with a temperature sensor 38
mounted on the steam outlet of exchanger 10 and at a
pressure sensor 40 mounted in a liquid separator
steam 42 associated with the exchanger 10;
The bundles of tubes housed in the body of the dchaa-
geur 10 form an economizer, a vaporizer and a on
The output of the economizer is connected by a
conduit 43 to the separator 42 whose lower outlet is
connected to the inlet of the vaporizer by a forced circulation pump 44. The vaporizer outlet is connected to us
calf with liquid-vapor separator 42. The upper outlet
of this separator is connected to the inlet of the superheater.
L'installation comprend encore un éjecteur 42 permettant
de faire le vide dans le circuit de travail, l'entrée de
cet éjecteur tan0; reliée par des vannes d'isolement au
circuit du fluide de travail: en amont et en aval du
moteur à palettes 14 ainsi qu'au réservoir 22. La sortie
de l'éjecteur est reliée à une bâche 48, dont la partie
inférieure est reliée par une vanne d'isolement au circuit
en amont de la pompe de circulation 26.The installation also includes an ejector 42 allowing
to create a vacuum in the working circuit, the entry of
this ejector tan0; connected by isolation valves to
working fluid circuit: upstream and downstream of the
vane motor 14 as well as to reservoir 22. The outlet
of the ejector is connected to a tarpaulin 48, the part of which
lower is connected by an isolation valve to the circuit
upstream of the circulation pump 26.
De façon genérale, la température de la vapeur à l'ad-
mission du moteur à palettes est comprise entre 200 et
3500 C et sa pression entre 3 et 30 bars. Generally, the temperature of the vapor at the
mission of the vane motor is between 200 and
3500 C and its pressure between 3 and 30 bars.
On va maintenant décrire le fonctionnement de cette installation, dans le cas où elle est destinée à récupérer au moins une partie de l'énergie thermique dissipée par un moteur diesel de véhicule terrestre ayant une puissance de 150 kW environ, et où le fluide de travail est de l'eau. We will now describe the operation of this installation, in the case where it is intended to recover at least part of the thermal energy dissipated by a diesel engine of a land vehicle having a power of approximately 150 kW, and where the working fluid is water.
La pompe 26 alimente l'échangeur de chaleur 10 par de l'eau sous une pression de 15 bars environ, à une tempé- rature d'environ 800 C. Le débit de la pompe 26 est, par exemple, de 150 litres par heure. L'eau est chauffée dans l'économiseur et arrive au séparateur liquide-vapeur 42. The pump 26 supplies the heat exchanger 10 with water at a pressure of approximately 15 bars, at a temperature of approximately 800 C. The flow rate of the pump 26 is, for example, 150 liters per hour . The water is heated in the economizer and arrives at the liquid-vapor separator 42.
Le liquide est envoyé dans le vaporiseur de l'échangeur 10 par la pompe de circulation forcée 44 et revient au séparateur 42. La vapeur est envoyée du séparateur 42 au surchaui- feur de l'échangeur 10. La pompe de circulation forcée 44 associée au vaporiseur de la chaudière assure que le surchauffeur est alimente uniquement en vapeur d'eau. Cette vapeur d'eau est surchauffée et quitte l'échangeur 10 à une température d'environ 2800 C sous une pression de 15 bars environ, Les gaz d'échappement du moteur diesel amenés a l'échangeur 10 ont une température comprise entre 450 et 5500 C et quittent l'échangeur à une température d'environ 1652 C.The liquid is sent to the evaporator of the exchanger 10 by the forced circulation pump 44 and returns to the separator 42. The vapor is sent from the separator 42 to the superheater of the exchanger 10. The forced circulation pump 44 associated with the boiler vaporizer ensures that the superheater is supplied with steam only. This water vapor is superheated and leaves the exchanger 10 at a temperature of around 2800 C under a pressure of around 15 bars. The exhaust gases from the diesel engine brought to the exchanger 10 have a temperature between 450 and 5500 C and leave the exchanger at a temperature of around 1652 C.
Le moteur à palettes 14 est alimente par la vapeur d'eau surchauffée à 2800 C sous une pression de 15 bars et fournit une puissance de sortie d'environ 16 kw
A l'échappement du moteur à palettes 14, la pression de la vapeur d'eau est sensiblemerst egale à la pression atmos sphérique et sa temBpRrature est de l'ordre de 800 C. La vapeur d'eau est condensée dans l'échangeur 18, la tempera ture du liquide sortant de cet échangeur étant d'environ 40 à 80 C selon que le refroidissement se fait par eau ou par air et sa pression étant inférieure à la pression atmosphe- rique, par exemple de l'ordre de 0,8 bars. The vane motor 14 is powered by superheated steam at 2800 C at a pressure of 15 bar and provides an output power of approximately 16 kW
At the exhaust of the vane motor 14, the pressure of the water vapor is sensiblemerst equal to the spherical atmospheric pressure and its temBpRrature is of the order of 800 C. The water vapor is condensed in the exchanger 18 , the temperature of the liquid leaving this exchanger being approximately 40 to 80 ° C. depending on whether the cooling is done by water or by air and its pressure being lower than atmospheric pressure, for example of the order of 0, 8 bars.
Le débit de la pompe 44 de circulation forcée dans le vaporiseur de l'échangeur 10 est très supérieur à celui de la pompe 26 et est par exemple de 3 m3 par heure. The flow rate of the forced circulation pump 44 in the evaporator of the exchanger 10 is much higher than that of the pump 26 and is for example 3 m3 per hour.
On a représenté dans les figures 2 et 3 une première forme de réalisation du moteur à palettes 14. Ce moteur comprend un corps 50 comportant un orifice. radial d'admission 52 et un orifice radial d'échappement 54. A l'intrieur du corps 50 est fixée amoviblement une chemise cylindrique 56 comprenant des fentes ou lumières d'admission 58 et d'échappement 60. A 11 intérieur de la chemise 56 est disposé un rotor 62 solidaire d'un arbre longitudinal 64 qui est l'arbre de sortie du moteur à palettes et qui est excentré par rapport à l'axe de la chemise 56. Le rotor comprend un certain nombre de fentes sensiblement radiales 66 qui débouchent sur sa périphérie cylindrique et qui reçoivent des palettes 68.Les palettes 68 sont destinées à dtre appliquées, par la force centrifuge provoquée par la rotation du rotor 62, sur la surface interne de la chemise cylindrique 56 et délimitent entre elles des chambres de travail. There is shown in Figures 2 and 3 a first embodiment of the vane motor 14. This motor comprises a body 50 having an orifice. radial inlet 52 and a radial exhaust port 54. Inside the body 50 is removably attached a cylindrical jacket 56 comprising slots 58 or inlet 58 and exhaust 60. At 11 inside the jacket 56 is arranged a rotor 62 integral with a longitudinal shaft 64 which is the output shaft of the vane motor and which is eccentric relative to the axis of the jacket 56. The rotor comprises a number of substantially radial slots 66 which open on its cylindrical periphery and which receive pallets 68. Pallets 68 are intended to be applied, by the centrifugal force caused by the rotation of the rotor 62, on the internal surface of the cylindrical jacket 56 and delimit between them working chambers .
Pour une réduction des-frottements des bords radialement extérieurs des palettes 68 sur la surface interne de la chemise 56, les fentes 66 peuvent Autre disposées légèrement en oblique par rapport à une orientation radiale, de telle sorte que les extrémités radialement externes des palettes soient décalées légèrement en arrière par rapport au sens de rotation du rotor. Cette disposition favorise la formation d'un coin d'huile de lubrification dans la zone de contact entre les palettes 68 et la surface interne de la chemise 56, ce qui améliore la lubrification tout en rE- duisant les frottements. For a reduction in the friction of the radially outer edges of the pallets 68 on the internal surface of the jacket 56, the slots 66 may other arranged slightly obliquely relative to a radial orientation, so that the radially outer ends of the pallets are offset slightly behind the direction of rotation of the rotor. This arrangement promotes the formation of a lubricating oil wedge in the contact zone between the vanes 68 and the internal surface of the jacket 56, which improves lubrication while reducing friction.
Le corps 50 du moteur à palettes est fermé, à ses extrémités axiales, par deux flasques annulaires 72 fixés sur le corps par des goujons filetés 74. Ces flasques sont traver sés avec jeu par des portées cylindriques 102 de l'arbre 64, qui est lui-même supporté de part et d'autre des flasques 72 par des roulements 76 logés dans des borates cylindriques 78 fixées par des goujons filetés 80 sur les flasques 72. Les extrémités axiales des boites 78 sont fermées par des plaques 82 et 84 respectivement portant des garni tures d'étanchéité 86 traversées par les extrémités de l'arbre 64.Une extrémité de cet arbre sert à l'entraînement d'une pompe à huile 88, au moyen d'un excentrique 90 solidaire en rotation de l'arbre et d'un roulement 92 en contact avec un plongeur alternatif de la pompe 88. Cette pompe est logée dans un carter 94 fixé par des vis sur la plaque 84, le carter comprenant en partie supérieure un orifice ou raccord 96 d'amenée d'huile. La sortie de la pompe à huile 88 est reliée, par des canaux 98 de la pla- que 84 et par des conduits (non représentés) à des canaux 100 formés dans les boîtes cylindriques 78 et dirigeant l'huile dans l'espace compris entre les roulements 76 et les flasques 72.L'huile est à une pression supérieure à la pression du fluide de travail dans le corps 50 du moteur et peut lubrifier les roulements 76 et gagner l'intérieur du corps 50 en passant par le jeu annulaire formé entre les portes cylindriques lCn2 de l'arbre 64 et les alésages des flasques 72. Les boîtes cylindriques 78 comprennent également des canaux 104 d' évacuation d'huile. The body 50 of the vane motor is closed, at its axial ends, by two annular flanges 72 fixed to the body by threaded studs 74. These flanges are traversed with clearance by cylindrical bearings 102 of the shaft 64, which is itself supported on either side of the flanges 72 by bearings 76 housed in cylindrical borates 78 fixed by threaded studs 80 on the flanges 72. The axial ends of the boxes 78 are closed by plates 82 and 84 respectively bearing sealing seals 86 crossed by the ends of the shaft 64. One end of this shaft is used to drive an oil pump 88, by means of an eccentric 90 integral in rotation with the shaft and of a bearing 92 in contact with an alternative plunger of the pump 88. This pump is housed in a casing 94 fixed by screws to the plate 84, the casing comprising in the upper part an orifice or fitting 96 for supplying oil . The outlet of the oil pump 88 is connected, by channels 98 of the plate 84 and by conduits (not shown) to channels 100 formed in the cylindrical boxes 78 and directing the oil in the space between the bearings 76 and the flanges 72. The oil is at a pressure higher than the pressure of the working fluid in the body 50 of the engine and can lubricate the bearings 76 and reach the interior of the body 50 by passing through the annular clearance formed between the cylindrical doors lCn2 of the shaft 64 and the bores of the flanges 72. The cylindrical boxes 78 also include channels 104 for discharging oil.
Des épaulements cylindriques 73 ayant le mEme axe que a chemise 56 sont formés sur les faces internes des flasques 72 pour le guidage des palettes 68. Cylindrical shoulders 73 having the same axis as a jacket 56 are formed on the internal faces of the flanges 72 for guiding the pallets 68.
La disposition amovible de la chemise 56 dans le corps 50 du moteur à palettes permet de régler d volonté les dimensions des fentes ou lumière d'admission 58 et dBéchap- pement 6Q, sans qu'il soit nécessaire de changer le corps du moteur à palettes. les fentes d'échappement 60 ont une longueur périphérique très importante, de façon à permettre une détente complète de la vapeur de fluide de travail dans le moteur, et réalisent un- échappement prématuré de la vapeur de telle sorte qu'il ne peut y avoir recompression de la vapeur avant échappement et formation d'eau au cours du fonctionnement du moteur à palettes
On se réfère maintenant à la figure 4 qui représente plus en détail un exemple de réalisation de l'échangeur de chaleur 10 formant la chaudière de l'installation Cet échangeur 10 peut se présenter sous forme d'un corps paral lélépipédique à section rectangulaire: dans lequel les gaz d'échappement circulent de haut en bas Le fluide de travail en phase liquide est amené à un collecteur 108 alimentant un faisceau de tubes coudés 110 à ailettes formant économiseur dont la sortie- est reliée par un collecteur 112 au séparateur liquide-vappur 42 précédemment décrit La sortie de liquide du séparateur 42 est reliée par la pompe 4 à un collecteur 114 alimentant un autre faisceau 116 de tubes coudés à ailettes formant le vaporiseur La sortie du vapbriseur est reliée par un collecteur 118 à la partie supérieure du séparateur 42:: dont la sortie de vapeur est reliée par un collecteur 120 à l'entrée d'un faisceau de tubes 122, dépourvus d'ailettes: formant le surchauffeur
La sortie du surchauffeur est reliée par un collecteur 124 à un conduit menant à l'admission du moteur à palettes 14.The removable arrangement of the jacket 56 in the body 50 of the vane motor makes it possible to adjust the dimensions of the slots or intake lumen 58 and 6Q exhaust as desired, without the need to change the body of the vane motor. . the exhaust slots 60 have a very long peripheral length, so as to allow complete expansion of the working fluid vapor in the engine, and produce a premature exhaust of the vapor so that there can be no recompression of steam before exhaust and formation of water during operation of the vane motor
Referring now to Figure 4 which shows in more detail an embodiment of the heat exchanger 10 forming the boiler of the installation This exchanger 10 may be in the form of a parelelepipedal body with rectangular section: in which the exhaust gases flow from top to bottom The working fluid in the liquid phase is brought to a manifold 108 supplying a bundle of bent tubes 110 with fins forming an economiser, the outlet of which is connected by a manifold 112 to the liquid-vapor separator 42 previously described The liquid outlet of the separator 42 is connected by the pump 4 to a manifold 114 supplying another bundle 116 of bent tubes with fins forming the vaporizer The outlet of the vaporizer is connected by a manifold 118 to the upper part of the separator 42 :: whose vapor outlet is connected by a manifold 120 to the inlet of a bundle of tubes 122, devoid of fins: forming the superheater
The outlet of the superheater is connected by a manifold 124 to a duct leading to the inlet of the vane motor 14.
Les composants de cette installation ont un encombrement relativement faible Par exemple l'échangeur de chaleur 10 peut être monté à la place du pot d'échappement habituel lement prévu à la sortie des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne: le,moteur à palettes 14 a une taille légèrement supérieure à celle de l'alternateur associé au moteur à combustion interne, tandis que le condenseur 18 a des dimensions légèrement inférieures à celles du radiateur refroidi par air faisant partie du circuit de refroidissement du moteur à combustion interne L'ensemble moteurinstallation de récupération de l' l'énergie thermique peut donc être logé sans difficulté dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile
Cette installation permet de récupérer une puissance, sous forme mécanique, qui est comprise entre 8 et 18% de la puissance nominale de sortie du moteur à combustion interne, en utilisant de l'eau comme fluide de travail, c' est-à-dire un fluide non polluant, non toxique et très bon marché.The components of this installation have a relatively small size. For example, the heat exchanger 10 can be mounted in place of the exhaust pipe usually provided at the outlet of the exhaust gases of an internal combustion engine: the, vane engine 14 has a size slightly larger than that of the alternator associated with the internal combustion engine, while the condenser 18 has dimensions slightly smaller than those of the air-cooled radiator forming part of the cooling circuit of the internal combustion engine The engine assembly installation for recovering thermal energy can therefore be accommodated without difficulty in the engine compartment of a motor vehicle
This installation makes it possible to recover a power, in mechanical form, which is between 8 and 18% of the nominal output power of the internal combustion engine, by using water as the working fluid, that is to say a non-polluting, non-toxic and very inexpensive fluid.
Dans une variante de réalisation de l'installation représentée en figure 5, le fluide de travail est un fluide organique tel que le "fluorinol 85" ou du toluène Dans ce cas, l'installation comprend un échangeur de chaleur sup plémentaire
Le moteur à palettes 114 de la figure 5 comprend un étaye haute pression 116 et un étage basse pression 118, qui sont reliés en série. La sortie de l'étage basse pression 118 est reliée à un dispositif 120 de séparation huile- fluide de travail La sortie huile de ce séparateur est reliée à un réservoir d'huile 122, luiwm8me relié à une pompe 124 de lubrification du moteur à palettes.In an alternative embodiment of the installation shown in FIG. 5, the working fluid is an organic fluid such as "fluorinol 85" or toluene In this case, the installation includes an additional heat exchanger
The vane motor 114 of Figure 5 includes a high pressure strut 116 and a low pressure stage 118, which are connected in series. The output of the low-pressure stage 118 is connected to a device 120 for separating the oil from the working fluid. The oil outlet of this separator is connected to an oil reservoir 122, itself connected to a pump 124 for lubricating the vane motor. .
Un échangeur récupérai:idésurchauffeur 126 est interposé entre la sortie fluide de travail du séparateur 120 et le condenseur 128. Cet échangeur 126 comprend un faisceau de tubes balayé par la vapeur détendue de fluide de travail et dans lequel circule le liquide fourni par la pompe de circulation 130 reliée à la sortie du condenseur 128. Un réservoir 129 est relié au circuit entre la sortie du condenseur 128 et l'entrée de la pompe 130. Le fluide de travail en phase liquide qui sort du rdcuperateur-désur chauffeur 126 pour aller à l'entrée de la chaudière 132, est ainsi préchauffé. Comme dans le mode de réalisation précédent, ce fluide circule à à l'intérieur de la chaudière 132 dans un économiseur 134, un vaporiseur 136 et un surchauffeur 138 Un dispositif de régulation 140 commande des clapets rotatifs permettant de diriger les gaz d'Fchap- pement d'un moteur 142, soit vers l'intérieur de la chaudière 132, soit vers un conduit de dérivation 133, en fonc tion des indications fournies par un détecteur de température 152 monté sur la sortie du surchauffeur et par un détecteur de pression 154 monté sur le séparateur liquidevapeur 156, comme dans le mode de réalisation de la figure 1. A recovered exchanger: the superheater 126 is interposed between the working fluid outlet of the separator 120 and the condenser 128. This exchanger 126 comprises a bundle of tubes swept by the expanded vapor of working fluid and in which the liquid supplied by the pump circulates. circulation 130 connected to the outlet of the condenser 128. A reservoir 129 is connected to the circuit between the outlet of the condenser 128 and the inlet of the pump 130. The working fluid in the liquid phase which leaves the receiver-driver 126 to go to the inlet of the boiler 132 is thus preheated. As in the previous embodiment, this fluid circulates inside the boiler 132 in an economizer 134, a vaporizer 136 and a superheater 138 A regulation device 140 controls rotary valves making it possible to direct the gases of Fchap- pement of an engine 142, either towards the inside of the boiler 132, or towards a bypass duct 133, according to the indications provided by a temperature detector 152 mounted on the outlet of the superheater and by a pressure detector 154 mounted on the vapor separator 156, as in the embodiment of FIG. 1.
Les arbres de sortie des étages haute pression 116 et basse pression 118 du moteur à palettes 114 sont reliés par exemple par un embrayage électromagnétique 144 à llar- bre de sortie 146 du moteur à combustion interne 142 et: éventuellement, à l'arbre 148 d2entraRnement d'un ventila teur associé au condenseur 128 et au radiateur 150 faisant partie du circuit de refroidissement du moteur à combustion interne. L'embrayage électromagnétique 144 est commandé par le dix positif de régulation 140. The output shafts of the high pressure 116 and low pressure 118 stages of the vane motor 114 are connected for example by an electromagnetic clutch 144 to the output lobe 146 of the internal combustion engine 142 and: optionally, to the shaft 148. a fan associated with the condenser 128 and the radiator 150 forming part of the cooling circuit of the internal combustion engine. The electromagnetic clutch 144 is controlled by the control positive ten 140.
Cette installation fonctionne comme celle de la figure 1 et permet d'obtenir, en sortie du moteur à palettes 114, une puissance qui est comprise entre 10 et 18% environ de la puissance nominale du moteur à combustion interne 142. This installation operates like that of FIG. 1 and makes it possible to obtain, at the output of the vane engine 114, a power which is between 10 and 18% approximately of the nominal power of the internal combustion engine 142.
On précisera, d titre dexemple: que dans le cas où le moteur 142 est un moteur diesel de véhicule terrestre d"une puissance de 150 kW environ la vapeur de fluide de travail à l'admission de lUétage haute pression 116 du moteur à palettes est à une température d'environ 300 C - 3500 C et à une pression de 30 bars: et que l'étage basse pression 124 est alimenté par de la vapeur sous une pression de 3 à 5 bars et à une température d'environ 2300 Ce la vapeur à l'échappement de l'étage basse pression 118 étant à une température d'environ 2000 C sous une pression de 1 bar.It will be specified, by way of example: that in the case where the engine 142 is a land vehicle diesel engine with a power of about 150 kW the working fluid vapor at the inlet of the high pressure stage 116 of the vane engine is at a temperature of around 300 C - 3500 C and at a pressure of 30 bars: and that the low pressure stage 124 is supplied by steam at a pressure of 3 to 5 bars and at a temperature of around 2300 Ce the exhaust steam from the low-pressure stage 118 being at a temperature of around 2000 ° C. under a pressure of 1 bar.
On a représenté en figure 6 une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'une autre forme de réalisation d'un moteur à palettes selon l'invention, qui peut être utilisé dans l'installation de la figure 1 ou dans celle de la figure 5. FIG. 6 shows a partial schematic view in longitudinal section of another embodiment of a vane motor according to the invention, which can be used in the installation of FIG. 1 or in that of FIG. 5 .
Ce moteur à palettes comprend, comme celui des figures 2 et 3, un corps 160 pourvu d'orifices d'admission et d'échappement de la vapeur, et dans lequel est fixée amo viblement une chemise cylindrique 162 comportant des fentes ou lumières d'admission de la vapeur. Un rotor 164 est mon- té en rotation à l'intérieur de la chemise 162, autour d'un axe 166 excentré par rapport à l'axe 168 de la chemise. Le rotor 164 comprend des fentes sensiblement radiales débouchant sur sa surface périphérique extérieure et recevant des palettes 170.Ces palettes présentent, à leurs extrémités longitudinales ou axiales, des talons rectangulaires 172 qui sont engagés dans des rainures annulaires 174 de deux bagues 176 disposées axialement de part et d'autre du rotor 164 dans des alésages des flasques d'extrémités 178 fermant le corps 160 du moteur. Les bagues 176, qui ont le mEme axe 168 que la chemise 162, sont supportées par des roulements à billes 179 montés sur des portés cylindriques 180 de plaques 182 fixées extérieurement sur les flasques d'extrémités 178. Ces portées cylindriques 180 ont une surface cylin- drique interne d'axe 16G, traversée avec jeu par l'arbre du rotor 164, et une surface externe cylindrique d'axe 168 portant les roulements à billes 379. This vane motor comprises, like that of FIGS. 2 and 3, a body 160 provided with steam intake and exhaust ports, and in which is loosely fixed a cylindrical jacket 162 comprising slots or lights of steam intake. A rotor 164 is mounted in rotation inside the jacket 162, around an axis 166 eccentric with respect to the axis 168 of the jacket. The rotor 164 comprises substantially radial slots opening onto its external peripheral surface and receiving pallets 170. These pallets have, at their longitudinal or axial ends, rectangular heels 172 which are engaged in annular grooves 174 of two rings 176 arranged axially of on either side of the rotor 164 in bores in the end plates 178 closing the body 160 of the motor. The rings 176, which have the same axis 168 as the jacket 162, are supported by ball bearings 179 mounted on cylindrical bearings 180 of plates 182 fixed externally on the end flanges 178. These cylindrical bearings 180 have a cylindrical surface - internal axle of axis 16G, crossed with clearance by the rotor shaft 164, and a cylindrical external surface of axis 168 carrying the ball bearings 379.
b erigagement des talons 172 des palettes 170 dans les rainures des bagues 176 permet de mazntenir un jeu très faible (compris entre quelques microns et 1 ou 2/100sème de millimètre3 entre les bords longitudinaux radialement ex ternes 184 des palettes 170 et la surface interne cylindrique de la chemise 162. On supprime ainsi la quas-totalité des frottements entre d'une part: les palettes 170 et, d'autre part, la chemise 162 et les flasques d'extrémités 17 du corps 160.Cette suppression des frottements permet au moins de doubler la vitesse de rotation du rotor 164 d'où 1 résulte un accroissement considérable de la puissance fournie par le moteur à palettes. b erection of the heels 172 of the pallets 170 in the grooves of the rings 176 makes it possible to maintain a very small clearance (between a few microns and 1 or 2 / 100th of a millimeter3) between the radially external external edges 184 of the pallets 170 and the internal cylindrical surface of the liner 162. This eliminates almost all of the friction between on the one hand: the pallets 170 and, on the other hand, the liner 162 and the end flanges 17 of the body 160. This elimination of friction allows the less than doubling the speed of rotation of the rotor 164, from which 1 results in a considerable increase in the power supplied by the vane motor.
Les avantages essentiels procurés par l'invention sont: par rapport à la technique antérieure
- les niveaux élevés de puissance fournis par les moteurs à palettes, et les rendements excellents des installations selon l'invention
- la possibilité d'utiliser de l'eau comme fluide de travail, c'est-à-dire un fluide non polluant, non toxique et très bon marché ;
- un gain d'encombrement et de poids qui permet d'associer une installation selon l'invention à un moteur monté à poste fixe ou dans un engin mobile, par exemple un.véhi- cule automobile.The essential advantages provided by the invention are: compared with the prior art
- the high levels of power supplied by the vane motors, and the excellent yields of the installations according to the invention
- the possibility of using water as working fluid, that is to say a non-polluting, non-toxic and very inexpensive fluid;
a gain in size and weight which makes it possible to associate an installation according to the invention with an engine mounted at a fixed station or in a mobile machine, for example a motor vehicle.
Une installation selon l'invention peut, en particulier: etre associé à un moteur thermique dont la puissance nominale est comprise entre 100 et 5000 kW environ: pour fournir une puissance comprise entre 8 et 18,' environ de la puissance nominale de ce moteur thermique. An installation according to the invention can, in particular: be associated with a heat engine whose nominal power is between approximately 100 and 5000 kW: to provide a power between 8 and 18, approximately of the nominal power of this heat engine .
Claims (12)
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| FR8214137A FR2531746B1 (en) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | PLANT FOR THE PRODUCTION OF ENERGY FROM THE HEAT PROVIDED BY A HOT SOURCE |
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| FR8214137A Expired FR2531746B1 (en) | 1982-08-13 | 1982-08-13 | PLANT FOR THE PRODUCTION OF ENERGY FROM THE HEAT PROVIDED BY A HOT SOURCE |
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