FR3055149A1 - Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit - Google Patents

Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit Download PDF

Info

Publication number
FR3055149A1
FR3055149A1 FR1657808A FR1657808A FR3055149A1 FR 3055149 A1 FR3055149 A1 FR 3055149A1 FR 1657808 A FR1657808 A FR 1657808A FR 1657808 A FR1657808 A FR 1657808A FR 3055149 A1 FR3055149 A1 FR 3055149A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
circuit
fluid
heat exchanger
working fluid
pump
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.)
Granted
Application number
FR1657808A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3055149B1 (fr
Inventor
Arthur Leroux
Antonin PAUCHET
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.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Enogia SA
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Enogia SA
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
Priority to FR1657808A priority Critical patent/FR3055149B1/fr
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN, Enogia SA filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority to PCT/EP2017/067352 priority patent/WO2018033303A1/fr
Priority to PL17736963.4T priority patent/PL3500734T3/pl
Priority to EP17736963.4A priority patent/EP3500734B1/fr
Priority to JP2019509496A priority patent/JP7166247B2/ja
Priority to US16/325,484 priority patent/US11060423B2/en
Priority to CN201780050565.2A priority patent/CN109690029B/zh
Priority to ES17736963T priority patent/ES2933433T3/es
Priority to BR112019002471-9A priority patent/BR112019002471B1/pt
Priority to KR1020197005053A priority patent/KR102418415B1/ko
Publication of FR3055149A1 publication Critical patent/FR3055149A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3055149B1 publication Critical patent/FR3055149B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F01K13/025—Cooling the interior by injection during idling or stand-by
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2210/00—Working fluids
    • F05D2210/10—Kind or type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/48—Devices for removing water, salt, or sludge from boilers; Arrangements of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers
    • F22B37/50—Devices for removing water, salt, or sludge from boilers; Arrangements of cleaning apparatus in boilers; Combinations thereof with boilers for draining or expelling water

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un circuit fermé (10) fonctionnant selon un cycle de Rankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression (12) d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur (18) balayé par une source chaude (23) pour l'évaporation dudit fluide, des moyens de détente (26) du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement (34) balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail, un réservoir de fluide de travail (40), et des conduites de circulation du fluide de travail (44, 46, 48, 50, 52, 54) pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir. Selon l'invention, le circuit comprend un dispositif de vidange (56) du fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18).

Description

© N° de publication : 3 055 149 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 16 57808 ® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
COURBEVOIE © IntCI8
F01 K 7/16 (2017.01), F 02 G 5/00, 5/02
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 18.08.16. © Demandeur(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablis-
(© Priorité : sement public— FR et ENOGIA Société par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : LEROUX ARTHUR et PAUCHET
ANTONIN.
(43) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 23.02.18 Bulletin 18/08.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES Etablisse-
apparentés : ment public, ENOGIA Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : IFP ENERGIES NOUVELLES.
CIRCUIT FERME FONCTIONNANT SELON UN CYCLE DE RANKINE AVEC UN DISPOSITIF POUR L'ARRET D'URGENCE DU CIRCUIT ET PROCEDE UTILISANT UN TEL CIRCUIT.
FR 3 055 149 - A1
La présente invention concerne un circuit fermé (10) fonctionnant selon un cycle de Rankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression (12) d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur (18) balayé par une source chaude (23) pour l'évaporation dudit fluide, des moyens de détente (26) du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement (34) balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail, un réservoir de fluide de travail (40), et des conduites de circulation du fluide de travail (44, 46, 48, 50, 52, 54) pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir.
Selon l'invention, le circuit comprend un dispositif de vidange (56) du fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18).
Figure FR3055149A1_D0001
Figure FR3055149A1_D0002
La présente invention se rapporte à un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Ftankine avec un dispositif pour l'arrêt d'urgence de ce circuit ainsi qu'à un procédé utilisant un circuit avec un tel dispositif.
Comme cela est largement connu, le cycle de Ftankine est un cycle thermodynamique par lequel de la chaleur provenant d'une source de chaleur externe est transmise à un circuit fermé qui contient un fluide de travail. Au cours du cycle, le fluide de travail subit des changements de phase (liquide/vapeur).
Ce type de cycle se décompose généralement en une étape durant laquelle le fluide de travail utilisé sous forme liquide, est comprimé de manière isentropique, suivie d'une étape où ce fluide liquide comprimé est chauffé et vaporisé au contact d'une source de chaleur.
Cette vapeur est ensuite détendue, au cours d'une autre étape, dans une machine de détente, puis, dans une dernière étape, cette vapeur détendue est refroidie et condensée au contact d'une source froide.
Pour réaliser ces différentes étapes, le circuit comprend au moins une pompe-compresseur pour faire circuler et comprimer le fluide sous forme liquide, un évaporateur qui est balayé par un fluide chaud pour réaliser la vaporisation au moins partielle du fluide comprimé, une machine de détente pour détendre la vapeur, telle qu'une turbine, qui transforme l'énergie de cette vapeur en une autre énergie, comme une énergie mécanique ou électrique, et un condenseur grâce auquel la chaleur contenue dans la vapeur est cédée à une source froide, généralement de l'air extérieur, ou encore un circuit d’eau de refroidissement, qui balaye ce condenseur, pour transformer cette vapeur en un fluide sous forme liquide.
Dans ce type de circuit, le fluide utilisé est généralement de l'eau mais d'autres types de fluide, par exemple des fluides organiques ou des mélanges de fluides organiques, peuvent également être utilisés. Le cycle est alors appelé
Cycle de Ftankine Organique ou ORC (Organic Rankine Cycle).
A titre d'exemple, les fluides de travail peuvent être du butane, de l'éthanol, des hydrofluorocarbures, de l'ammoniac, du dioxyde de carbone...
Comme cela est bien connu, le fluide chaud pour réaliser la vaporisation du fluide comprimé peut provenir de sources chaudes variées, telles qu'un liquide de refroidissement (d'un moteur à combustion, d'un processus industriel, d'un four, etc.), des gaz chauds résultant d'une combustion (fumées d'un processus industriel, d'une chaudière, gaz d'échappement d'un moteur à combustion ou d'une turbine, etc.), d'un flux de chaleur issu de capteurs solaires thermiques, etc.
Plus particulièrement, il est connu, notamment par le document FR 2 884 555, d'utiliser l'énergie calorifique véhiculée par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, en particulier celui utilisé pour des véhicules automobiles, comme source chaude pour assurer le chauffage et la vaporisation du fluide traversant l'évaporateur.
Ceci permet d'améliorer l'efficacité énergétique de ce moteur en récupérant une grande partie de l'énergie perdue à l'échappement pour la transformer en une énergie qui peut être utilisée pour le véhicule automobile au travers du circuit à cycle de Rankine.
Le circuit à cycle de Rankine permet ainsi d'améliorer le rendement du moteur.
Dans ce type de circuit, en cas de survenance d'un problème, qu'il soit externe au circuit fermé ou interne à ce dernier, il peut s'avérer nécessaire de procéder à un arrêt d'urgence du circuit de manière à ce qu'il ne produise plus d'énergie.
Pour ce faire, il est usuel d'utiliser un ou deux court-circuits avec des vannes de court-circuit permettant, l'une de court-circuiter l'arrivée de fluide chaud dans l'évaporateur et l'autre de court-circuiter le passage du fluide de travail vaporisé dans la machine de détente.
L'utilisation d’une configuration avec un simple court-circuit de l'évaporateur présente un inconvénient.
En effet, compte tenu des inerties thermiques du circuit et notamment celle de l'évaporateur, la présence de fluide de travail à l'état liquide dans au moins une partie de cet évaporateur ou plus loin dans le circuit conduit à la production de vapeur pendant encore plusieurs dizaines de secondes après l'activation de l'arrêt d'urgence.
En outre, la présence de vapeur de fluide de travail sous pression persiste en amont de la machine de détente.
On ne parvient donc pas à stopper rapidement (c'est-à-dire en quelques secondes) la production d'énergie en sortie de la machine de détente.
La deuxième vanne permet alors de dériver la vapeur de fluide de travail présente en amont de la machine de détente directement vers l'aval de cette machine. La machine de détente étant ainsi court-circuitée, le circuit n'est plus en mesure de produire de l'énergie et la production d'énergie stoppe rapidement.
Cependant, cette deuxième vanne est située dans une branche du circuit où le fluide de travail est à la fois sous pression, chaud et sous forme gazeuse. Elle doit donc être choisie en conséquence avec des matériaux résistant à la température et à la pression et avec une taille, notamment au niveau de sa section de passage, adaptée pour laisser passer le flux de vapeur en cas de sa mise en action.
La présente invention se propose de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un circuit fermé avec un dispositif qui permet d'éviter, en cas d'arrêt d'urgence de ce circuit, l'afflux de fluide travail vaporisé à l'entrée de la machine de détente.
A cet effet, l'invention concerne un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression avec une entrée et une sortie d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur balayé par une source chaude pour l'évaporation dudit fluide circulant entre une entrée et une sortie dudit échangeur de chaleur, des moyens de détente du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail circulant entre une entrée et une sortie dudit échangeur de refroidissement, un réservoir de fluide de travail, et des conduites de circulation du fluide de travail pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir, caractérisé en ce que le circuit comprend un dispositif de vidange du fluide contenu dans l'échangeur de chaleur.
Le dispositif de vidange peut comprendre un conduit de vidange relié à deux points de liaison du circuit et portant un moyen de vannage.
Le moyen de vannage peut être une vanne à deux voies placée sur le conduit entre les deux points de liaison.
Le moyen de vannage peut être une vanne à trois voies placée sur l'un des points de liaison avec le circuit.
Le moyen de vannage peut être une électrovanne
L'un des points de liaison peut être placé entre la pompe et l'échangeur de chaleur et l'autre des points de liaison peut être placé entre l'échangeur de refroidissement et la pompe.
Le circuit peut comprendre un dispositif de court-circuit de la source chaude traversant l'échangeur de chaleur.
L'invention concerne également un procédé de contrôle d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression avec un entrée et une sortie d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur balayé par une source chaude pour l'évaporation dudit fluide circulant entre une entrée et une sortie dudit échangeur de chaleur, des moyens de détente du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail circulant entre une entrée et une sortie dudit échangeur de refroidissement, un réservoir de fluide de travail, et des conduites de circulation du fluide de travail pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir, caractérisé en ce que, en cas d'arrêt d'urgence du circuit, on transfère le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur vers la partie du circuit entre l'amont de la pompe et le réservoir.
On peut transférer le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur vers le réservoir.
On peut transférer le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur vers la conduite reliant l'amont de la pompe et le réservoir.
On peut contrôler la circulation du fluide de travail dans le conduit de vidange par un moyen de vannage.
On peut court-circuiter la circulation de la source chaude pour qu'elle contourne l'échangeur de chaleur
Les autres caractéristiques et avantages de l'invention vont apparaître à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre uniquement illustratif et non limitatif, et à laquelle sont annexées :
la figure 1 qui illustre un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine selon l'invention et la figure 2 qui montre une variante du circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine de la figure 1.
Les figures 1 et 2 illustrent un exemple de réalisation d'un circuit fermé à cycle de Rankine 10 qui est avantageusement de type ORC (Organic Rankine Cycle) et qui utilise un fluide de travail organique ou des mélanges de fluides organiques, comme du butane, de l'éthanol, des hydrofluorocarbures...
II est bien entendu que le circuit fermé peut également fonctionner avec un fluide comme de l'ammoniac, de l'eau, du dioxyde de carbone...
Ce circuit comprend une pompe de circulation et de compression 12 du fluide de travail, dénommée pompe de circulation dans la suite de la description, avec une entrée 14 du fluide de travail sous forme liquide et une sortie 16 de ce fluide de travail également sous forme liquide mais comprimé sous une pression élevée. Cette pompe est avantageusement entraînée en rotation par tous moyens; comme un moteur électrique (non représenté).
Ce circuit comporte aussi un échangeur de chaleur 18, dénommé évaporateur, traversé par le fluide de travail comprimé entre une entrée 20 de ce fluide liquide et une sortie 22 au travers de laquelle le fluide de travail ressort de cet évaporateur sous forme de vapeur comprimée. Cet évaporateur est également parcouru par une source chaude 23, sous forme liquide ou gazeuse, transportée par un tuyau 24 entre une entrée 25a et une sortie 25b de manière à pouvoir céder sa chaleur au fluide de travail.
Cette source chaude peut par exemple provenir des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, du fluide de refroidissement d'un moteur à combustion interne, du fluide de refroidissement d'un four industriel, ou du fluide caloporteur chauffé dans des installations thermiques ou par un brûleur.
Ce circuit comporte également une machine de détente 26 recevant par son entrée 28 le fluide de travail sous forme de vapeur comprimée à haute pression, ce fluide ressortant par la sortie 30 de cette machine sous forme de vapeur détendue à basse pression.
Avantageusement, cette machine de détente est sous la forme d'une turbine de détente dont l'arbre du rotor est entraîné en rotation par le fluide de travail sous forme de vapeur en commandant en rotation un arbre de liaison 32. De manière préférentielle, cet arbre permet de transmettre l'énergie récupérée du fluide de travail à tout dispositif transformateur, comme par exemple une génératrice électrique (non représentée).
Le circuit comporte encore un échangeur de refroidissement 34, ou condenseur, avec une entrée 36 pour la vapeur basse pression détendue et une sortie 38 pour le fluide de travail basse pression transformé sous forme liquide après son passage dans ce condenseur.
Ce condenseur est balayé par une source froide, généralement un flux d’air ambiant ou d’eau de refroidissement, de manière à refroidir la vapeur détendue pour qu'elle se condense et se transforme en un liquide.
Bien entendu, toute autre source froide de refroidissement, comme un autre liquide de refroidissement ou de l'air froid, peut être utilisée pour assurer la condensation de la vapeur.
Ce circuit comporte également, entre le condenseur et la pompe de circulation, un réservoir fermé 40 qui permet de conserver le fluide de travail à l'état liquide.
Avantageusement, le circuit comprend un clapet anti retour 42 placé au voisinage de la sortie 16 de la pompe 12 et un filtre (non représenté), comme un filtre à cartouche, pour filtrer le fluide de travail sortant du réservoir avant son introduction dans la pompe.
Bien entendu, les différents éléments du circuit sont reliés entre eux par des conduites de circulation de fluide 44, 46, 48, 50, 52, 54, permettant de relier successivement la pompe avec le clapet (conduite clapet 44), le clapet avec l'évaporateur (conduite d'évaporateur 46), l'évaporateur avec la turbine (conduite de turbine 48), cette turbine avec le condenseur (conduite de condenseur 50), le condenseur avec le réservoir (conduite de réservoir 52), le réservoir à la pompe (conduite de pompe 54) pour que le fluide de travail circule selon un sens horaire comme indiqué sur les figures par les flèches F.
Ce circuit comprend en outre un dispositif de vidange 56 du fluide contenu dans l'échangeur de chaleur 18, qui permet, en cas d'arrêt d'urgence du circuit, de transférer le liquide sous pression contenu dans cet échangeur vers le réservoir ou vers la partie du circuit située entre ce réservoir et l'amont de la pompe.
A titre d'exemple illustré sur la figure, ce dispositif de vidange 56 comprend un conduit de vidange 58 qui prend naissance en un point de liaison 60 du circuit en amont de l'évaporeur et en aval de la pompe (en considérant le sens de circulation du fluide travail selon les flèches F) sur la conduite ou 46 où le fluide est sous forme liquide et aboutit à un autre point de liaison 62 de ce circuit en amont de la pompe et en aval du condenseur sur une des conduites 52 ou 54 où le fluide est également sous forme liquide.
Plus précisément et comme mieux illustré sur les figures, ce conduit prend naissance en un point 60 du circuit entre le clapet anti-retour 42 et l'entrée 20 de l'évaporateur et aboutit en un point 62 du circuit placé entre la sortie du réservoir 40 et l'entrée 14 de la pompe 12.
Dans l'exemple des figures, un moyen de vannage 64 permet de contrôler la circulation du fluide de travail sous forme liquide qui circule dans ce conduit.
Ce moyen de vannage est une vanne à deux voies 66 dans le cas de la figure 1 et est située sur le conduit 58 à distance des deux points de liaison.
Tel qu'illustré sur la figure 2, le moyen de vannage 64 est une vanne à trois voies 68 qui est placée sur le point de liaison 60 avec la conduite 46.
Ces deux types de vannes peuvent être commandés par tous moyens connus, tels que des moyens électriques, pneumatique, hydraulique, etc.
Avantageusement ces vannes peuvent également être des électrovannes, en particulier des électrovannes à solénoïde.
Ainsi, ce conduit de vidange et la vanne qui contrôle sa mise en action ne sont soumis qu'à une température modérée. Le choix des matériaux pour cette vanne est donc moins contraignant.
De plus, le fait que le dispositif de vidange 56 soit prévu pour faire passer le fluide de travail à l'état liquide entre les conduites 46 et 62 permet d'avoir recours à une vanne de taille plus petite que dans les architectures habituelles, ce qui permet de réduire son coût et son encombrement.
Avantageusement mais non obligatoirement, un dispositif de court-circuit 70 de la source chaude 24 qui traverse l'évaporateur 18 (illustré en traits pointillés sur les figures) peut être placé sur le trajet de cette source de manière à ce qu'elle contourne cet évaporateur. A titre d'exemple, ce dispositif comprend une canalisation 72 de contournement de l'évaporateur située entre l'entrée 25a de la source chaude de l'évaporateur et sa sortie 25b. Cette canalisation porte un moyen de vannage 74, ici une vanne trois voies, qui est placé sur le tuyau 24 en amont de l'évaporateur et à la jonction avec la canalisation 72 en permettant ainsi de contrôler la circulation de la source chaude dans cette canalisation de contournement.
Bien entendu, comme pour le moyen de vannage 64, cette vanne peut être commandée par tous moyens connus, tels que des moyens électriques, pneumatiques, hydrauliques, etc.
En cas d'activation de la procédure d'arrêt d'urgence, l'unité de contrôle du circuit, que possède habituellement tout circuit fermé, procède à un arrêt de la pompe 12. Lors de cet arrêt d'urgence le dispositif de vidange 56 est activé en commandant en ouverture le moyen de vannage 64 pour que le fluide de travail circule dans le conduit 58 selon le sens indiqué par la flèche C. Ceci permet de réaliser ainsi une vidange du fluide contenu dans l'évaporateur 18 vers la partie du circuit (ici la branche 54) située entre la pompe et le réservoir de manière à ce que ce fluide soit ensuite introduit dans ce réservoir.
Additionnellement, cette unité de contrôle met en action le dispositif de courtcircuit 70 de l'évaporateur en commandant la vanne 74 dans une position telle que la source chaude contourne l'évaporateur.
Ainsi, sous l'effet de la pression du fluide de travail présent dans l'évaporateur 18 et dans les conduites 46 et 48 entre la sortie 16 de pompe 12 (et son clapet anti-retour 42) et l'entrée 28 de la turbine 26, l'ouverture de la vanne du dispositif de vidange conduit à faire refluer une grande partie du fluide de travail, présent à l'état liquide dans l'évaporateur, vers le réservoir au travers du conduit 58.
Ceci est notamment réalisé grâce à la présence du clapet 42 qui empêche le fluide de travail de circuler vers la sortie de la pompe.
Privée ainsi d'une bonne partie de son alimentation en fluide de travail, la production de vapeur au sein de l'évaporateur disparait rapidement. La turbine est à son tour privée d'une alimentation en fluide de travail gazeux et la production d'énergie du circuit s'arrête rapidement.
Il est à noter que cette procédure d'arrêt d'urgence peut être mise en action au travers de différents moyens, comme une détection de dysfonctionnement du circuit (surpression, surchauffe, un arrêt manuel, etc.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1) Circuit fermé (10) fonctionnant selon un cycle de Rankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression (12) avec une entrée (14) et une sortie (16) d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur (18) balayé par une source chaude (23) pour l'évaporation dudit fluide circulant entre une entrée (20) et une sortie (22) dudit échangeur de chaleur, des moyens de détente (26) du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement (34) balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail circulant entre une entrée (36) et une sortie (38) dudit échangeur de refroidissement, un réservoir de fluide de travail (40), et des conduites de circulation du fluide de travail (44, 46, 48,50, 52, 54) pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir, caractérisé en ce que le circuit comprend un dispositif de vidange (56) du fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18).
  2. 2) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de vidange comprend un conduit de vidange (58) relié à deux points de liaison (60, 62) du circuit et portant un moyen de vannage (66, 68).
  3. 3) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de vannage est une vanne à deux voies (66) placée sur le conduit (58) entre les deux points de liaison (60, 62).
  4. 4) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de vannage est une vanne à trois voies (66) placée sur l'un (60) des points de liaison avec le circuit.
  5. 5) Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de vannage comprend une électrovanne.
  6. 6) Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un (60) des points de liaison est placé entre la pompe (12) et l'échangeur de chaleur (18) et l'autre (62) des points de liaison est placé entre l'échangeur de refroidissement (34) et la pompe (12).
  7. 7) Circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit comprend un dispositif de court-circuit (70) de la source chaude (23) traversant l'échangeur de chaleur (18).
  8. 8) Procédé de contrôle d'un circuit fermé (10) fonctionnant selon un cycle de Ftankine, ledit circuit comprenant au moins une pompe de circulation et de compression (12) avec un entrée (14) et une sortie (16) d'un fluide de travail sous forme liquide, un échangeur de chaleur (18) balayé par une source chaude (23) pour l'évaporation dudit fluide circulant entre une entrée (20) et une sortie (22) dudit échangeur de chaleur, des moyens de détente (26) du fluide sous forme vapeur, un échangeur de refroidissement (34) balayé par une source froide pour la condensation du fluide de travail circulant entre une entrée (36) et une sortie (38) dudit échangeur de refroidissement, un réservoir de fluide de travail (40), et des conduites de circulation du fluide de travail (44, 46, 48, 50, 52, 54) pour faire circuler ledit fluide entre la pompe, l'échangeur de chaleur, les moyens de détente, le condenseur et le réservoir, caractérisé en ce que, en cas d'arrêt d'urgence du circuit, on transfère le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18) vers la partie (54) du circuit entre l'amont de la pompe et le réservoir.
  9. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on transfère le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18) vers le réservoir.
  10. 10) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on transfère le fluide contenu dans l'échangeur de chaleur (18) vers la conduite (54) reliant l'amont de la pompe et le réservoir au travers d'un conduit de vidange (58).
  11. 11) Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'on contrôle la circulation du fluide de travail dans le conduit de vidange (58) par un moyen de vannage (66, 68).
  12. 12) Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'on court-circuite la circulation de la source chaude (23) pour qu'elle contourne l'échangeur de chaleur (18).
    Fiaure 2
FR1657808A 2016-08-18 2016-08-18 Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit Active FR3055149B1 (fr)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657808A FR3055149B1 (fr) 2016-08-18 2016-08-18 Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit
BR112019002471-9A BR112019002471B1 (pt) 2016-08-18 2017-07-11 Circuito fechado que funciona de acordo com um ciclo de rankine com um dispositivo para a paralisação de urgência do circuito e processo que utiliza um tal circuito
EP17736963.4A EP3500734B1 (fr) 2016-08-18 2017-07-11 Circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arrèt d'urgence du circuit et procédé utilisant un tel circuit
JP2019509496A JP7166247B2 (ja) 2016-08-18 2017-07-11 回路を緊急停止させる装置を有する、ランキンサイクルに従って機能する閉じた回路と、このような回路を使用する方法
US16/325,484 US11060423B2 (en) 2016-08-18 2017-07-11 Closed circuit functioning according to a Rankine cycle with a device for the emergency stopping of the circuit, and method using such a circuit
CN201780050565.2A CN109690029B (zh) 2016-08-18 2017-07-11 具有用于紧急停止回路的设备的根据朗肯循环运作的闭合回路以及使用此类回路的方法
PCT/EP2017/067352 WO2018033303A1 (fr) 2016-08-18 2017-07-11 Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit
PL17736963.4T PL3500734T3 (pl) 2016-08-18 2017-07-11 Obieg zamknięty pracujący zgodnie z cyklem Rankine’a z urządzeniem do awaryjnego zatrzymania obiegu i sposób wykorzystujący taki obieg
KR1020197005053A KR102418415B1 (ko) 2016-08-18 2017-07-11 폐쇄 회로의 비상 정지를 위한 디바이스를 갖는 랭킨 사이클에 따라 기능하는 폐쇄 회로 및 이런 회로를 사용하는 방법
ES17736963T ES2933433T3 (es) 2016-08-18 2017-07-11 Circuito cerrado que funciona según un ciclo de Rankine con un dispositivo de parada de emergencia del circuito y procedimiento que utiliza tal circuito

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1657808A FR3055149B1 (fr) 2016-08-18 2016-08-18 Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit
FR1657808 2016-08-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3055149A1 true FR3055149A1 (fr) 2018-02-23
FR3055149B1 FR3055149B1 (fr) 2020-06-26

Family

ID=57348880

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1657808A Active FR3055149B1 (fr) 2016-08-18 2016-08-18 Circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arret d'urgence du circuit et procede utilisant un tel circuit

Country Status (10)

Country Link
US (1) US11060423B2 (fr)
EP (1) EP3500734B1 (fr)
JP (1) JP7166247B2 (fr)
KR (1) KR102418415B1 (fr)
CN (1) CN109690029B (fr)
BR (1) BR112019002471B1 (fr)
ES (1) ES2933433T3 (fr)
FR (1) FR3055149B1 (fr)
PL (1) PL3500734T3 (fr)
WO (1) WO2018033303A1 (fr)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10927708B2 (en) * 2018-10-29 2021-02-23 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Isolated turbine engine cooling
US11261791B2 (en) 2019-02-25 2022-03-01 Rolls-Royce Corporation Hybrid propulsion cooling system
JP2020186691A (ja) * 2019-05-15 2020-11-19 株式会社神戸製鋼所 熱回収装置及び熱回収装置の作動媒体の収集方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001033004A (ja) * 1999-07-16 2001-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収ボイラの排水方法
US6237542B1 (en) * 1999-01-29 2001-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Heat recovery boiler and hot banking releasing method thereof
US20110192178A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Ternel Cyprien Device for controlling a working fluid with low freezing point circulating in a closed circuit operating according to a rankine cycle and method using same
US20140075934A1 (en) * 2011-05-10 2014-03-20 Robert Bosch Gmbh Line circuit and method for operating a line circuit for waste-heat utilization of an internal combustion engine
US20150013338A1 (en) * 2012-01-18 2015-01-15 IFP Energies Nouvelles Device for controlling a working fluid in a closed circuit operating according to the rankine cycle, and method using said device

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1053515A (fr) * 1963-03-23
US3563035A (en) * 1969-10-03 1971-02-16 Mobil Oil Corp Steam power plant freeze protection system
US3747333A (en) * 1971-01-29 1973-07-24 Steam Eng Syst Inc Steam system
US3955358A (en) * 1974-08-08 1976-05-11 Westinghouse Electric Corporation Combined cycle electric power plant and a heat recovery steam generator with improved fluid level control therefor
IT1078528B (it) * 1975-11-13 1985-05-08 Regamey Pierre E Procedimento e dispositivo d'alimentazione di un sistema generatore e distributore di vapore condensabile in liquido di ricircolo
US4406127A (en) * 1982-01-11 1983-09-27 Dunn Rodney D Internal combustion engine with steam power assist
FR2884555A1 (fr) 2005-04-13 2006-10-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de recuperation d'energie d'un moteur a combustion interne
GB2436129A (en) * 2006-03-13 2007-09-19 Univ City Vapour power system
JP2008008217A (ja) * 2006-06-29 2008-01-17 Ebara Corp 発電装置
EP2284458A4 (fr) * 2008-05-01 2011-11-23 Sanden Corp Dispositif d'utilisation de la chaleur residuelle pour moteur a combustion interne
KR101087544B1 (ko) * 2009-10-06 2011-11-29 한국에너지기술연구원 랭킨 사이클 장치 및 이에 따른 제어방법
JP2011102577A (ja) * 2009-10-15 2011-05-26 Toyota Industries Corp 廃熱回生システム
JP5163620B2 (ja) * 2009-10-15 2013-03-13 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
US20110100003A1 (en) * 2009-11-03 2011-05-05 Mcleod Todd System and method to reduce the temperature of geothermal water to increase the capacity and efficiency while decreasing the costs associated with a geothermal power plant construction
US20120017591A1 (en) * 2010-01-19 2012-01-26 Leveson Philip D Simultaneous production of electrical power and potable water
JP2014231738A (ja) * 2011-09-26 2014-12-11 株式会社豊田自動織機 廃熱回生システム
JP5741524B2 (ja) * 2011-10-19 2015-07-01 株式会社豊田自動織機 ランキンサイクル
FR2981982B1 (fr) * 2011-10-28 2013-11-01 IFP Energies Nouvelles Procede de controle d'un circuit ferme fonctionnant selon un cycle rankine et circuit utilisant un tel procede
US9003798B2 (en) * 2012-03-15 2015-04-14 Cyclect Electrical Engineering Pte. Organic rankine cycle system
JP5999651B2 (ja) * 2012-05-09 2016-09-28 サンデンホールディングス株式会社 排熱回収装置
EP2865854B1 (fr) * 2013-10-23 2021-08-18 Orcan Energy AG Dispositif et procédé de démarrage fiable de systèmes ORC
CN203869263U (zh) * 2014-04-02 2014-10-08 中节能（嘉兴）环保科技园发展有限公司 带地源热水泵的空调控制系统
FR3020090B1 (fr) * 2014-04-16 2019-04-12 IFP Energies Nouvelles Dispositif de controle d'un circuit ferme fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel dispositif
CN104141582B (zh) * 2014-06-30 2016-05-25 广西大学 高压液体做功式有机朗肯循环发电系统
CN104197533B (zh) * 2014-09-16 2017-08-11 江苏双志新能源有限公司 一种多功能空气源热泵与太阳能热水系统
JP6485688B2 (ja) * 2014-12-25 2019-03-20 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 熱発電装置
CN104564422B (zh) * 2014-12-30 2016-06-01 清华大学 内燃机余热综合利用系统
CN104727871B (zh) * 2015-01-30 2017-10-10 华北电力大学 一种有机朗肯‑斯特林机联合循环发电系统及其使用方法
CN105156163A (zh) * 2015-07-08 2015-12-16 清华大学 波动热源余热利用有机朗肯循环系统
AU2016359565B2 (en) * 2015-11-24 2021-11-04 Yakov Elgart Method and system of combined power plant for waste heat conversion to electrical energy, heating and cooling

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6237542B1 (en) * 1999-01-29 2001-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Heat recovery boiler and hot banking releasing method thereof
JP2001033004A (ja) * 1999-07-16 2001-02-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 排熱回収ボイラの排水方法
US20110192178A1 (en) * 2010-02-11 2011-08-11 Ternel Cyprien Device for controlling a working fluid with low freezing point circulating in a closed circuit operating according to a rankine cycle and method using same
US20140075934A1 (en) * 2011-05-10 2014-03-20 Robert Bosch Gmbh Line circuit and method for operating a line circuit for waste-heat utilization of an internal combustion engine
US20150013338A1 (en) * 2012-01-18 2015-01-15 IFP Energies Nouvelles Device for controlling a working fluid in a closed circuit operating according to the rankine cycle, and method using said device

Also Published As

Publication number Publication date
JP7166247B2 (ja) 2022-11-07
KR20190039152A (ko) 2019-04-10
JP2019525072A (ja) 2019-09-05
BR112019002471A2 (pt) 2019-05-14
US20190186299A1 (en) 2019-06-20
KR102418415B1 (ko) 2022-07-06
ES2933433T3 (es) 2023-02-08
EP3500734B1 (fr) 2022-09-07
CN109690029A (zh) 2019-04-26
PL3500734T3 (pl) 2023-01-23
FR3055149B1 (fr) 2020-06-26
BR112019002471B1 (pt) 2023-04-18
WO2018033303A1 (fr) 2018-02-22
US11060423B2 (en) 2021-07-13
EP3500734A1 (fr) 2019-06-26
CN109690029B (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2805032B1 (fr) Dispositif de contrôle d'un fluide de travail dans un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine et procédé utilisant un tel dispositif
EP2360355B1 (fr) Dispositif de contrôle d'un fluide de travail à bas point de congélation circulant dans un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine et procédé utilisant un tel dispositif
EP2381072B1 (fr) Circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine et procede utilisant un tel circuit
EP2587006B1 (fr) Procédé de contrôle d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine et circuit utilisant un tel procédé
EP2933444A1 (fr) Dispositif de contrôle d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine et procédé utilisant un tel dispositif.
EP2463491A1 (fr) Procédé et dispositif de contrôle de la température des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne traversant un moyen de traitement des polluants contenus gans ces gaz
EP3500734B1 (fr) Circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine avec un dispositif pour l'arrèt d'urgence du circuit et procédé utilisant un tel circuit
EP2365192A2 (fr) Dispositif de contrôle du fluide de travail circulant dans un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de Rankine et procédé pour un tel dispositif
EP3359794B1 (fr) Dispositif de lubrification d'un palier recevant un arbre rotatif d'un élément d'un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine et procédé utilisant un tel dispositif
WO2017063907A1 (fr) Dispositif d'isolation thermique entre une turbine dont la roue est entraînée en rotation par un fluide chaud et une génératrice électrique avec un rotor accouplé à cette roue, notamment pour une turbogénératrice
EP3472439B1 (fr) Procédé de détection et d'extraction de fluide gazeux contenu dans un circuit fermé fonctionnant selon un cycle de rankine et dispositif utilisant un tel procédé
EP3724459B1 (fr) Ensemble de turbopompe électrifiée pour un circuit fermé, en particulier de type a cycle de rankine, comportant un refroidissement integré
FR3065254A1 (fr) Ensemble de turbopompe pour un circuit ferme, en particulier de type a cycle de rankine, associe a un moteur a combustion interne, notamment pour vehicule automobile
WO2015062828A1 (fr) Circuit de conditionnement thermique, notamment pour vehicule automobile
FR3032520A1 (fr) Systeme thermodynamique

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180223

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9