FR2839549A1 - Systeme de stockage thermique d'une grande quantite d'energie et son utilisation dans une tres courte duree sur un navire - Google Patents

Systeme de stockage thermique d'une grande quantite d'energie et son utilisation dans une tres courte duree sur un navire Download PDF

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Abstract

Le système permet de produire, dans un très court instant, une très grande quantité d'énergie utilisable, entre autres, pour procéder à des manoeuvres non conventionnelles sur un navire de surface.Il est constitué principalement d'un ballon de stockage (3) dans lequel se trouve une grande quantité d'eau maintenue à haute température, grâce à un échangeur de chaleur (4) alimenté par les gaz d'échappement d'au moins un machine thermodynamique (1) et maintenue éventuellement sous haute pression. Des propulseurs principaux et/ ou supplémentaires peuvent ainsi être alimentés, pendant une courte durée, par la quantité d'énergie contenue dans le ballon de stockage (3). Application particulière aux navires de combat.

Description

s
SYSTEME DE STOCRAGE THERMIQUE
D'UNE GRANDE QUANTITE D'ENERGIE
ET SON UTILISATION DANS UNE TRES COURTE DUREE
SUR UN NAVIRE
DESCRI PTION
Domaine de ['invention L' invention concerne le stockage d'une grande quantite d'energie devant etre liberee et utilisee dans une duree tres course. On pense, en particulier, aux navires equipes de machines thermodynamiques pour leur alimentation en energie et sur lesquels il est necessaire, dans des conditions particulieres, de disposer d'un apport important d'energie pendant un tres bref instant. C'est particulierement le cas loreque le navire doit effectuer des manuvres impromptues d'evitements ou des manuvres non conventionnelles. On peut egalement utiliser cette grande quantite d'energie pour alimenter une catapulte a vapeur, un canon electromagnetique ou un equipement laser. Art anterieur et probleme pose Dans le domaine de la propulsion des navires, il est souhaitable de pouvoir proceder a certaines manuvres d'urgence ou non conventionnelles. Or, les navires vent equipes de propulseurs principaux et eventuellement de propulseurs transversaux, par exemple
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d'etrave, disposes dans des tunnels sous la ligne de flottaison. Toutefois, la puissance de ces propulseurs est limitee a celle des moteurs qui les entrainent, soit directement, soit par une energie secondaire, c'est-a-dire electrique ou hydraulique. Pour diminuer le temps de ces manuvres d'urgence, il est done necessaire d'apporter une tres grande reserve d'energie a des propulseurs permettant de generer des poussees importantes, pendant un temps limite, ces propulseurs etant differents des propulseurs normaux. La puissance hydrodynamique, qui est necessaire, ne peut done pas
etre produite par les propulseurs habituels du navire.
D'autre part, des systemes d'armement ou de lancement peuvent necessiter, pour leur fonctionnement, une telle grande quantite d'energie, fournie dans tres course duree, par exemple une catapulte electromagnetique, un canon electromagnetique, une catapulte a vapeur ou un
appareillage laser.
Le but de l' invention est done de proposer un systeme permettant de pouvoir delivrer cette grande quantite d'energie dans un tres court instant et
utilisable sur un navire.
Resume de ['invention L'objet principal de l' invention est un systeme de stockage et de liberation d'une grande quantite d'energie devant etre liberee et utilisee dans une duree tres course, installe sur une installation comportant au moins une machine thermodynamique
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delivrant, entre autres, des gaz d'echappement, et des
moyens de propulsion.
Selon l' invention, le systeme comprend: - au moins un ballon principal contenant une tres grande quantite de liquide; et - au moins un echangeur de chaleur place dans le ballon principal, alimente par les gaz d'echappement de la machine thermodynamique pour porter la quantite de
liquide a haute temperature.
L' invention s'applique particulierement loreque la machine thermodynamique est une turbine a gaz. Il est prevu que le liquide contenu dans le
ballon soit de l'eau.
Dans ce cas, il est tres avantageux de stocker cette eau sous haute pression dans le ballon principal. En particulier, il est prevu d'appliquer une pression superieure a 220 bars au ballon principal et de la porter a la temperature de 600 C pour que lteau
stockee soit dans un etat critique.
Dans le cadre de ['application du systeme sur un navire constituent l' installation, il est avantageux d'utiliser au moins une turbopompe associee a au moins une turbine a grande vitesse alimentee par le ballon
principal pour constituer les moyens de propulsion.
Il est egalement interessant d'utiliser un reacteur chimique endothermique, capable de produire
une quantite de gaz.
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Dans le cas ou le navire est equipe d'hydrojets, il est possible de faire deboucher directement dans ceux-ci une buse d'hydrojet alimentee directement par lteau maintenue a 600 sous une pression comprise entre 220 et 400 bars. Dans le cas ou le navire est equipe de catapultes, il est possible d'alimenter celles-ci par de la vapeur fournie par un ballon secondaire chauffe
par lieau du ballon principal.
Liste des figures L' invention et ses differentes caracteristiques techniques seront mieux comprises a la
lecture de la description suivante. Cette derriere est
accompagnee de plusieurs figures representant respectivement: - figure 1, le systeme de stockage selon ['invention, applique a differentes utilisations; - figure 2, l'utilisation particuliere de ltenergie, grace au systeme de stockage selon l' invention, sur un navire devant
effectuer une manuvre rapide.
Description detaillee d'une realisation de
l' invention La figure 1 schematise le systeme de stockage et de liberation d'une grande quantite d'energie selon
l' invention.
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La machine thermodynamique, fournissant l'energie necessaire au fonctionnement diune installation, telle qu'un navire, est. dans ce cas, une turbine a gaz 1 alimentant, par exemple, un alternateur electrique 2 produisant lui-meme lienergie necessaire au fonctionnement de tout le navire. Independamment de cette fonction, la turbine a gaz 1 produit inevitablement une tres grande quantite de gaz d'echappement qui vent done recuperes par une canalisation d'echappement 6 alimentant un echangeur de chaleur 4 place dans un ballon principal 3 dans lequel est stockee une grande quantite d'eau. La gestion de la temperature et de la pression du ballon principal 3
peut etre realisee au moyen de plusieurs soupapes 5.
L'eau est stockee sous haute pression, par exemple de 220 a 400 bars, et a une temperature avoisinant les 600 C. Il est ainsi possible de stocker plusieurs millions de kilos Joules dans un ballon de plusieurs metres cubes. En effet, dans ces conditions,
1 kilo d'eau peut contenir 3 300 kilos Joules par kilo.
Bien entendu, une canalisation de derivation 7 est utilisee pour laisser siechapper les gaz d'echappement par une cheminee 8, loreque leur apport calorifique ntest pas necessaire. I1 est ainsi possible de chauffer
l'eau du ballon principal 3 en 30 minutes.
La grande quantite d'energie stockee dans le ballon principal 3 doit etre transformee, par exemple en poussee pour deplacer le navire, en ligne droite ou
pour le faire pivoter tres rapidement de 90 .
La figure 2 montre un navire 20 et ses moyens de propulsion. Ces derniers comprennent deux
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propulseurs transversaux 21 etant places chacun dans un canal transversal 22 ou 23 et un hydrojet 9 pour sa propulsion principale. La presence de deux canaux transversaux 22, 23, espaces l'un de l'autre d'une grande distance permet, en disposant les propulseurs transversaux 21 dans chaque canal transversal 22 ou 23, dans des directions opposees, d'obtenir un couple sur le navire 20. Le pivotement de celui-ci est alors possible en quelques secondes. L'hydrojet 9 place a une extremite du navire peut faciliter egalement la
manuvre en faisant avancer ou reculer le navire 20.
En revenant a la figure 1, on constate la grande quantite d'energie thermique peut etre transformee en poussee de plusieurs manieres. Une premiere consiste a alimenter directement un hydrojet 9 par une sortie du ballon principal 3, delivrant, au moyen d'une buse hydrojet 10, la grande quantite d'energie. Ainsi, on dispose, en quelques secondes, d'une grande force de propulsion dans un ou plusieurs
hydrojets 9.
Une autre solution consiste a utiliser une turbine a grande vitesse 11 alimentee par le ballon principal 3 et entraluant une turbopompe 12 ou un autre moyen de propulsion, tel qutun des deux propulseurs
transversaux 21 de la figure 2.
Une troisieme solution consiste a utiliser, un reacteur chimique endothermique 16 utilisant un ou plusieurs reactants qui, lorequ'ils, eleves a haute temperature, par exemple 600 C, peuvent degager une grande quantite de gaz pouvant contribuer a la
production d'un deplacement rapide du navire.
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De maniere generale, tout convertisseur d'energie thermique en energie mecanique, electrique ou chimique peut etre utilise avec le principe de
l' exploitation des gaz d'echappement dans le ballon 3.
Dans le cas ou on desire utiliser la grande quantite d'energie, ou une partie de celle-ci, pour actionner une catapulte a vapeur 15, on peut utiliser un ballon secondaire 14 place dans le ballon principal 3 et contenant de l'eau dans des conditions moins extremes que celles relatives a l'eau contenue dans le ballon principal 3. Ainsi, il est possible de disposer d'une grande quantite de vapeur pour actionner la
catapulte 15.
Avantage de ['invention L' invention ne necessite pas de dispositifs moteurs supplementaires pour fournir et accumuler l'energie necessaire devant etre utilisee. En effet, les navires vent equipes d'une machine thermodynamique fonctionnement sous le principe de CARNOT et rejetant done une grande quantite de gaz d'echappement representant souvent deux a trots fois la puissance mecanique produite par la machine. Dans le cas present, cette energie peut etre utilisee en partie ou en entier, en parallele avec la production d'energie principale qui est la fonction premiere de la machine thermodynamique utilisee sur le navire. Cette grande quantite de gaz d'echappement peut done chauffer un
ballon relativement rapidement.
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Claims (10)

REVEND I CAT I ONS
1. Systeme de stockage et de liberation d'une grande quantite d'energie devant etre liberee et utilisee dans une duree tres course, installe sur une installation comportant au moins une machine thermodynamique delivrant, entre autres, des gaz d'echappement et des moyens de propulsions, caracterise en ce qu'il comprend: - au moins un ballon principal (3) contenant une grande quantite de liquide; et - au moins un echangeur de chaleur (4) place dans le ballon principal (3) et alimente par les gaz d'echappement de la machine thermodynamique.
2. Systeme selon la revendication 1, caracterise en ce que la machine thermodynamique est
une turbine a gaz (1).
3. Systeme selon la revendication 1, caracterise en ce que le liquide contenu dans le ballon
principal (3) est de l'eau.
4. Systeme selon la revendication 3, caracterise en ce que l'eau est stockee sous haute
pression dans le ballon principal (3).
5. Systeme selon la revendication 4, caracterise en ce que la pression de l'eau est comprise entre 220 et 400 bars et sa temperature est de l'ordre
de 600 C.
6. Systeme selon l'une quelconque des
revendications precedentes, l' installation etant un
navire equipe d'au moins un hydrojet constituent un des
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moyens de propulsion, caracterise en ce qu'on utilise une buse hydrojet (10) alimentee directement par le
ballon (3) et debouchant dans l'hydrojet (9).
7. Systeme selon l'une quelconque des
revendications 1 a 6, l' installation etant un navire,
caracterise en ce qutil comprend au moins une turbopompe (12) constituent un des moyens de propulsion, associee a une turbine a grande vitesse
(11) alimentee elle-meme par la sortie du ballon (3).
8. Systeme selon l'une quelconque des
revendications 1 a 6, l' installation etant un navire,
caracterise en ce qu'il comprend au moins un reacteur chimique endothermique (16) alimente par la sortie du
ballon principal (3).
9. Systeme selon la revendication 7 ou 8, caracterise en ce que les moyens de propulsion vent constitues, entre autres, de propulseurs transversaux (21) places chacun canal transversal (22, 23) et
orientes dans des directions opposees.
10. Systeme selon la revendication 1, l' installation etant un navire equipe diune catapulte (15) fonctionnant a la vapeur, caracterise en ce qu'il comprend un ballon secondaire (14) place dans le ballon principal (3) et contenant de licau pour fournir de la
vapeur sous pression a la catapulte (15).
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