FR3064726A1 - Systeme thermodynamique, notamment mettant en œuvre un cycle thermodynamique de rankine - Google Patents

Systeme thermodynamique, notamment mettant en œuvre un cycle thermodynamique de rankine Download PDF

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FR3064726A1
FR3064726A1 FR1752660A FR1752660A FR3064726A1 FR 3064726 A1 FR3064726 A1 FR 3064726A1 FR 1752660 A FR1752660 A FR 1752660A FR 1752660 A FR1752660 A FR 1752660A FR 3064726 A1 FR3064726 A1 FR 3064726A1
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Pierre CONVERT
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AQYLON
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AQYLON
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    • 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
    • F01K9/02—Arrangements or modifications of condensate or air pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

L'invention concerne un système thermodynamique (10), notamment pour mettre en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine, comprenant une boucle de circulation (21-26) d'un fluide de travail, ladite boucle (21-26) comprenant : - un premier étage (30) s'étendant suivant une première direction longitudinale (L1) globalement horizontale et comprenant une pompe, - un deuxième étage s'étendant suivant une deuxième direction longitudinale (L2) globalement horizontale, parallèle à la première direction longitudinale, et comprenant successivement, le long de la deuxième direction longitudinale un condenseur (41) et un régénérateur (42) logés ensemble dans une cuve(43), le régénérateur étant conçu pour échanger de l'énergie thermique entre le fluide de travail en amont du condenseur et le fluide de travail en aval de la pompe, le deuxième étage étant agencé au-dessus du premier étage, le condenseur et la pompe étant en outre alignés l'un avec l'autre suivant un premier axe vertical (V1), perpendiculaire aux première et deuxième directions longitudinales.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 064 726 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national : 17 52660
COURBEVOIE © IntCI8
F25 B 6/04 (2017.01), F 01 K 19/04
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1
©) Date de dépôt : 29.03.17. ©) Demandeur(s) : AQYLON— FR.
(© Priorité : @ Inventeur(s) : CONVERT PIERRE.
©) Date de mise à la disposition du public de la demande : 05.10.18 Bulletin 18/40.
©) Liste des documents cités dans le rapport de recherche préliminaire : Se reporter à la fin du présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux apparentés : ©) Titulaire(s) : AQYLON.
©) Demande(s) d’extension : (© Mandataire(s) : GEVERS & ORES Société anonyme.
SYSTEME THERMODYNAMIQUE, NOTAMMENT METTANT EN OEUVRE UN CYCLE THERMODYNAMIQUE DE RANKINE.
FR 3 064 726 - A1 (5/) L'invention concerne un système thermodynamique (10), notamment pour mettre en oeuvre un cycle thermodynamique de Rankine, comprenant une boucle de circulation (21-26) d'un fluide de travail, ladite boucle (21-26) comprenant:
- un premier étage (30) s'étendant suivant une première direction longitudinale (Lfi globalement horizontale et comprenant une pompe,
- un deuxième étage s'étendant suivant une deuxième direction longitudinale (L2) globalement horizontale, parallèle à la première direction longitudinale, et comprenant successivement, le long de la deuxième direction longitudinale un condenseur (41 ) et un régénérateur (42) logés ensemble dans une cuve(43), le régénérateur étant conçu pour échanger de l'énergie thermique entre le fluide de travail en amont du condenseur et le fluide de travail en aval de la pompe, le deuxième étage étant agencé au-dessus du premier étage, le condenseur et la pompe étant en outre alignés l'un avec l'autre suivant un premier axe vertical (V-, ), perpendiculaire aux première et deuxième directions longitudinales.
Figure FR3064726A1_D0001
Figure FR3064726A1_D0002
Système thermodynamique, notamment mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine
L’invention concerne un système thermodynamique, notamment un système mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine.
Il est connu, dans les systèmes mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine, de prévoir une pompe et un condenseur. Ladite pompe a pour fonction de créer une différence de pression au sein du système, et d’assurer la circulation d’un fluide de travail au sein dudit système. Ledit condenseur a, lui, pour fonction de liquéfier le fluide de travail avant qu’il entre en communication avec ladite pompe.
De telles pompes sont susceptibles d’être détériorées, notamment par cavitation.
La cavitation apparaît dans une pompe si la pression du fluide de travail passe localement en-dessous de sa pression de vapeur saturante de sorte que le fluide de travail se vaporise dans la pompe. La vaporisation du fluide de travail entraîne la formation de bulles de vapeur dans la phase liquide, l’implosion de ces bulles de vapeur provoquant des impacts qui endommagent la pompe.
Pour éviter cela, il est classique de s’assurer que le NPSH (« Net Positive Suction Head >> en terminologie anglo-saxonne, aussi appelé « hauteur d’aspiration nette positive >> ou encore « hauteur totale de pression de retenue ») disponible en entrée de la pompe est supérieur à celui requis par la pompe.
Le NPSH disponible en entrée de la pompe équivaut à la réserve totale de pression du fluide de travail au-dessus de la pression de vapeur saturante dudit fluide qui est disponible en entrée de la pompe. Le NPSH requis par la pompe tient compte des caractéristiques intrinsèques de la pompe. Il correspond à la pression minimale requise pour que la pompe fonctionne sans cavitation, c’est-à-dire à la surpression nécessaire pour empêcher l’évaporation du fluide de travail et ainsi le conserver à l’état liquide.
Plusieurs solutions sont connues pour s’assurer que le NPSH disponible à l’entrée de la pompe est supérieur au NPSH requis par ladite pompe.
L’une de ses solutions consiste à surélever le condenseur par rapport à la pompe de sorte à créer une différence de pression statique entre le condenseur et la pompe.
Toutefois, en fonction du milieu choisi pour l’installation du système thermodynamique, il n’est pas toujours aisé de mettre en oeuvre cette solution. Cela peut par exemple être dû à un manque d’espace disponible pour installer le système thermodynamique. Cela peut encore être dû à une pression environnante élevée comme c’est par exemple le cas dans le milieu sous-marin.
Un des objectifs de l’invention est d’éviter le phénomène de cavitation d’une pompe destinée à être intégrée dans un système thermodynamique, à l’aide d’une solution simplifiée, applicable à tous les milieux.
Ainsi, l’invention concerne un système thermodynamique, notamment système conçu pour mettre en œuvre un cycle thermodynamique de Ftankine, comprenant une boucle de circulation d’un fluide de travail, ladite boucle comprenant :
- un premier étage destiné à être agencé sur une surface d’un sol globalement horizontale, le premier étage s’étendant suivant une première direction longitudinale globalement horizontale et comprenant une pompe conçue pour augmenter la pression du fluide de travail, lorsque ledit fluide de travail est à l’état liquide,
- un deuxième étage s’étendant suivant une deuxième direction longitudinale globalement horizontale, parallèle à la première direction longitudinale, et comprenant une cuve, ladite cuve comprenant successivement, le long de la deuxième direction longitudinale :
o une première partie formant un condenseur conçu pour condenser le fluide de travail en amont de la pompe, lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux, et o une deuxième partie formant un régénérateur conçu pour échanger de l’énergie thermique entre le fluide de travail en amont du condenseur et le fluide de travail en aval de la pompe.
Le deuxième étage est agencé au-dessus du premier étage, le condenseur et la pompe étant en outre alignés l’un avec l’autre suivant un premier axe vertical, perpendiculaire aux première et deuxième directions longitudinales.
Selon différents modes de réalisation de l’invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément :
- le condenseur est en communication fluidique avec la pompe par l’intermédiaire d’un orifice de sortie ménagé dans la cuve et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales, l’orifice de sortie étant en outre agencé dans une colonne verticale formée par le condenseur et la pompe ;
- le premier étage comprend successivement suivant la première direction longitudinale :
o la pompe, o un évaporateur conçu pour vaporiser le fluide de travail en aval du régénérateur et de la pompe, lorsque le fluide de travail est à l’état liquide, et o une turbine conçue pour diminuer la pression du fluide de travail en aval de l’évaporateur et en amont du régénérateur et du condenseur, lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux ;
- le régénérateur et la turbine sont alignés l’un avec l’autre suivant un deuxième axe vertical, parallèle au premier axe vertical ;
- la turbine est en communication fluidique avec le régénérateur par l’intermédiaire d’un orifice de sortie ménagé dans la cuve et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales, l’orifice d’entrée étant en outre agencé dans la colonne verticale formée par la turbine et le régénérateur ;
- la pompe est en communication fluidique avec le régénérateur par l’intermédiaire d’un orifice de sortie ménagé dans la cuve et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales ;
- le régénérateur est en communication fluidique avec l’évaporateur par l’intermédiaire d’un orifice de sortie ménagé dans la cuve et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales ;
- l’orifice de sortie de la pompe est agencé entre l’orifice de sortie du condenseur et l’orifice de sortie dudit régénérateur ;
- l’orifice de sortie du régénérateur est par exemple agencé entre l’orifice de sortie de la pompe et l’orifice de sortie de la turbine.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera à l’unique figure annexée, laquelle est une représentation schématique d’un système thermodynamique selon un mode de réalisation de l’invention.
On adoptera à titre non limitatif un repère global comportant un plan horizontal, sensiblement parallèle à une surface d’un sol S et une direction verticale, dirigée de bas en haut, indiqués par le trièdre X, Y, Z.
L’invention concerne un système thermodynamique 10, notamment un système 10 conçu pour mettre en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine.
Le système thermodynamique 10 comprend une boucle de circulation 21-26 d’un fluide de travail. La boucle de circulation 21-26 comprend un premier étage 30 et un deuxième étage 40.
Le premier étage 30 ou étage inférieur est destiné à être agencé sur la surface du sol S. Il s’étend suivant une première direction longitudinale Li globalement horizontale.
Le premier étage 30 comprend une pompe 31 conçue pour augmenter la pression du fluide de travail, lorsque ledit fluide de travail est à l’état liquide. Autrement dit, la pompe 31 est conçue pour comprimer le fluide de travail, lorsque ledit fluide de travail est à l’état liquide.
Le deuxième étage 40 ou étage supérieur s’étend suivant une deuxième direction longitudinale L2 globalement horizontale, parallèle à la première direction longitudinale Li.
Le deuxième étage 40 comprend une cuve ou bonbonne 43. La cuve 43 comprend, successivement le long de la deuxième direction longitudinale L2, une première partie formant un condenseur 41 et une deuxième partie formant un régénérateur 42. De cette manière, le condenseur 41 et le régénérateur 42 sont alignés l’un avec l’autre, dans la cuve 43, suivant la première direction longitudinale Lr Ainsi, en se déplaçant le long de la deuxième direction longitudinale L2, on rencontre d’abord le condenseur 41 puis le régénérateur 42 ou l’inverse.
Le condenseur 41 est conçu pour condenser le fluide de travail en amont de la pompe 31, lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux. La condensation du fluide de travail est isobare. Le fluide de travail circule du condenseur 41 vers la pompe 31 via une première section 23 de la boucle de circulation 21-26.
Le régénérateur 42 est conçu pour échanger de l’énergie thermique entre le fluide de travail en amont du condenseur 41 et le fluide de travail en aval de la pompe 31. Le fluide de travail circule du régénérateur 42 au condenseur 41 via une deuxième section 22 de la boucle de circulation 21-26. Le fluide de travail circule en outre de la pompe 31 au régénérateur 42 via une troisième section 24 de la boucle de circulation 21-26.
Le deuxième étage 40 est agencé au-dessus du premier étage 30, le condenseur 41 et la pompe 31 étant en outre alignés l’un avec l’autre suivant un premier axe vertical Vi, perpendiculaire aux première et deuxième directions longitudinales L1; L2.
De cette manière, les premier et deuxième étages 30, 40 sont superposés suivant la direction verticale Z, le premier étage 30 étant interposé entre le sol S et le deuxième étage 40. En outre, le condenseur 41 et la pompe 31 sont agencés dans le prolongement l’un de l’autre suivant le premier axe vertical V-|. Ainsi, en se déplaçant le long du premier axe vertical V1; de haut en bas, on rencontre d’abord le condenseur 41 puis la pompe 31.
La superposition des premier et deuxième étages 30, 40 permet ainsi de créer une différence de pression statique entre le condenseur 41 et la pompe 31, de sorte à assurer naturellement un NPSH (« Net Positive Suction Head >> en terminologie anglo-saxonne, aussi appelé « hauteur d’aspiration nette positive >> ou encore « hauteur totale de pression de retenue ») disponible en entrée de la pompe 31 supérieur au NPSH requis par ladite pompe 31.
Le NPSH disponible en entrée de la pompe 31 équivaut à la réserve totale de pression du fluide de travail au-dessus de la pression de vapeur saturante dudit fluide qui est disponible en entrée de la pompe 31. Le NPSH requis par la pompe 31 tient compte des caractéristiques intrinsèques de la pompe 31. Il correspond à la pression minimale requise pour que la pompe 31 fonctionne sans cavitation, c’est-à3064726 dire à la surpression nécessaire pour empêcher l’évaporation du fluide de travail et ainsi le conserver à l’état liquide.
Par ailleurs, le fluide de travail circule dans le condenseur 41 et le régénérateur 42 à basse pression, de sorte qu’il est particulièrement avantageux de les réunir dans une même cuve 43. En effet, le fait que le fluide de travail circule à basse pression dans le condenseur 41 et dans le régénérateur 42 est particulièrement contraignant en termes de tenue mécanique pour la cuve 43. Loger le condenseur 41 et le régénérateur 42 dans une même cuve 43 permet ainsi de rationaliser la conception et donc la fabrication du système thermodynamique 10. Cela a aussi pour avantage d’affranchir le système thermodynamique 10 d’un conduit assurant la communication fluidique entre le condenseur 41 et le régénérateur 42, ce conduit étant particulièrement contraignant en termes de tenue mécanique compte-tenu de l’importance du débit volumique du fluide de travail entre le condenseur 41 et le régénérateur 42.
L’alignement horizontal du condenseur 41 et du régénérateur 42 facilite en outre leur rassemblement dans une même cuve 43. En effet, le fluide de travail circulant à basse pression dans le condenseur 41 et le régénérateur 42, il est nécessaire, pour que la cuve 43 tienne mécaniquement, de limiter les dimensions de l’ensemble formé par le condenseur 41 et le régénérateur 42 dans un plan perpendiculaire à la deuxième direction longitudinale L2.
L’alignement vertical du condenseur 41 et de la pompe 31 permet aussi de limiter la distance parcourue par le fluide de travail entre le condenseur 41 et la pompe 31. Cela a pour avantage de limiter les pertes de charge du fluide de travail lors de sa circulation du condenseur 41 à la pompe 31. Par ailleurs, le conduit (non représenté) par l’intermédiaire duquel le condenseur 41 est en communication fluidique avec la pompe 31 peut être plus court, de sorte qu’il sera plus facile d’en assurer la bonne tenue mécanique et ce à moindre coût.
Le système thermodynamique 10 est ainsi particulièrement compact et peut être installé dans un espace restreint.
La cuve 43 est par exemple conçue pour supporter ou encore résister mécaniquement à la différence de pression entre la pression du fluide de travail traversant le condenseur 41 et le régénérateur 42 et la pression extérieure à ladite cuve 43. En effet, le fluide de travail traversant le condenseur 41 et le régénérateur à basse de pression, la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la cuve 43 peut être importante.
La cuve 43 est par exemple de forme cylindrique autour de la deuxième direction longitudinale L2.
Le premier étage 30 peut en outre comprendre, successivement suivant la première direction longitudinale L1; la pompe 31, un évaporateur 32 et une turbine 33. De cette manière, la pompe 31, l’évaporateur 32 et la turbine 33 sont alignés les uns avec les autres suivant la première direction longitudinale Li, l’évaporateur 32 étant interposé entre la pompe 31 et la turbine 33. Ainsi, en se déplaçant le long de la première direction longitudinale L1; on rencontre d’abord la pompe 41 puis l’évaporateur 32 et enfin la turbine 33 ou l’inverse.
Cela permet d’améliorer encore la compacité du système thermodynamique
10.
L’évaporateur 32 est conçu pour vaporiser le fluide de travail en aval du régénérateur 42 et de la pompe 31, lorsque le fluide de travail est à l’état liquide. La vaporisation du fluide de travail est isobare. Le fluide de travail circule du régénérateur 42 à l’évaporateur 32 via une quatrième section 25 de la boucle de circulation 21-26.
La turbine 33 est conçue pour diminuer la pression du fluide de travail en aval de l’évaporateur 32 et en amont du régénérateur 42 et du condenseur 41, lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux. Autrement dit, la turbine 33 est conçue pour détendre le fluide de travail en aval de l’évaporateur 32 et en amont du régénérateur 42 et du condenseur 41, lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux. Le fluide de travail circule de l’évaporateur 32 à la turbine 33 via une cinquième section 26 de la boucle de circulation 21-26. Le fluide de travail circule de la turbine 33 au régénérateur 42 via une sixième section 21 de la boucle de circulation 21-26.
La turbine 33 peut en outre être couplée à un générateur d’énergie électrique (non représenté). La détente du fluide de travail permet d’entrainer la turbine 33 dans un mouvement de rotation, mouvement avantageusement transmis au générateur d’énergie électrique via un arbre de transmission (non représenté).
Le régénérateur 42 et la turbine 33 peuvent en outre être alignés l’un avec l’autre suivant un deuxième axe vertical V2, parallèle au premier axe vertical νΊ.
De cette manière, le régénérateur 42 est agencé dans le prolongement de la turbine 33 suivant le deuxième axe verticale V2. Ainsi, en se déplaçant le long du deuxième axe vertical V2, de haut en bas, on rencontre d’abord le régénérateur 42 puis la turbine 33.
L’alignement vertical du régénérateur 42 et de la turbine 33 permet de limiter la distance parcourue par le fluide de travail entre le régénérateur 42 et la turbine 33. Cela a pour avantage de limiter les pertes de charge du fluide de travail lors de sa circulation de la turbine 33 au régénérateur 42. Par ailleurs, le conduit (non représenté) par l’intermédiaire duquel le régénérateur 42 est en communication fluidique avec la turbine 33 peut être court comparé à ce qui est connu dans ce domaine, de sorte qu’il sera plus facile d’en assurer la bonne tenue mécanique et ce à moindre coût.
Cela permet d’améliorer encore la compacité du système thermodynamique
10.
La boucle de circulation 21-26 fonctionne comme suit.
Lorsque le fluide de travail circule dans la sixième section 21, de la turbine 33 au régénérateur 42, ledit fluide de travail est à l’état gazeux, haute température et basse pression.
De la sixième section 21 vers la deuxième section 22, le fluide de travail circule à travers le régénérateur 42 où il cède de l’énergie thermique, de la chaleur, au fluide de travail circulant à travers le régénérateur 42 de la troisième à la quatrième section 24, 25, autrement dit depuis la pompe 31 vers l’évaporateur 32. Ainsi, le régénérateur 42 a pour effet de baisser la température du fluide de travail circulant de la turbine 33 au condenseur 41.
De la deuxième section 22 à la première section 23, le fluide de travail circule à travers le condenseur 41 où il est condensé. Ainsi, le fluide de travail quitte le condenseur 41 et circule dans la deuxième section 23 vers la pompe 31 à l’état liquide, basse température et basse pression.
De la première section 23 à la troisième section 24, le fluide de travail circule à travers la pompe 31 où il est comprimé. Après son passage à travers la pompe 31, le fluide de travail est encore à l’état liquide, basse température mais à haute pression.
De la troisième section 24 à la quatrième section 25, le fluide de travail circule à travers le régénérateur 42 où de l’énergie thermique, de la chaleur, lui est cédé du fluide de travail circulant à travers le régénérateur 42 de la sixième à la deuxième section 21, 22, autrement dit depuis la turbine 33 vers le condenseur 41. Ainsi, le régénérateur 42 a pour effet d’augmenter la température du fluide de travail circulant de la pompe 31 à l’évaporateur 32.
Le régénérateur 42 permet de cette manière d’échanger de l’énergie thermique entre le fluide de travail circulant en aval de la pompe 31 qui est à l’état liquide, basse température et haute pression, et le fluide de travail circulant en aval de la turbine 33 qui est à l’état gazeux, haute température et basse pression.
De la quatrième section 25 à la cinquième section 26, le fluide de travail circule à travers l’évaporateur 42 où il est vaporisé. Ainsi, le fluide de travail quitte l’évaporateur 32 et circule dans la cinquième section 26 vers la turbine 33 à l’état gazeux, haute température et haute pression.
A titre d’exemple non limitatif, lorsque le fluide de travail comprend de l’hexaméthyldisiloxane (aussi appelé « MM »), le fluide de travail circule dans la deuxième section 22 à une température de l’ordre de 70°C, et à une pression de l’ordre de 0.3 bar. Le fluide de travail circule dans la première section 23 de la boucle de circulation 21-26 à une température de l’ordre de 40°C, et à une pression comprise de l’ordre de 0.3 bar. Le fluide de travail circule dans la troisième section 24 à une température de l’ordre de 40°C, et à une pOSsion de l’ordre de 19 bar. Le fluide de travail circule dans la quatrième section 25 à une température de l’ordre de 160°C, et à une pression de l’ordre de 18 bar. Le luide de travail circule dans la cinquième section 26 à une température de l’ordre de 250°C, et à une pression de l’ordre de 18 bar. Le fluide de travail circule dans la sixième section 21 à une température de l’ordre de 200°C, et à une pressionde l’ordre de 0.3 bar.
Le condenseur 41 est par exemple en communication fluidique avec la pompe 31 par l’intermédiaire d’un orifice de sortie 44 ménagé dans la cuve 43 et s’étendant verticalement, l’orifice de sortie 44 étant en outre agencé dans une colonne verticale 50 formée par le condenseur 41 et la pompe 31. Autrement dit, l’orifice de sortie 46 est agencé dans la première partie de la cuve 43.
De cette manière, il est possible de limiter davantage la distance parcourue par le fluide de travail entre le condenseur 41 et la pompe 31. Cela a pour avantage de limiter davantage les pertes de charge du fluide de travail lors de sa circulation du condenseur 41 à la pompe 31. Par ailleurs, le conduit par l’intermédiaire duquel le condenseur 41 est en communication fluidique avec la pompe 31 peut encore être plus court, de sorte qu’il sera d’autant plus facile d’en assurer la bonne tenue mécanique, à moindre coût.
La turbine 33 est par exemple en communication fluidique avec le régénérateur 42 par l’intermédiaire d’un orifice de sortie 45 ménagé dans la cuve 43 et s’étendant verticalement, l’orifice d’entrée 45 étant en outre agencé dans la colonne verticale 60 formée par la turbine 33 et le régénérateur 42. Autrement dit, l’orifice d’entrée 45 est agencé dans la deuxième partie de la cuve 43.
De cette manière, il est possible de limiter davantage la distance parcourue par le fluide de travail entre le régénérateur 42 et la turbine 33. Cela a pour avantage de limiter davantage les pertes de charge du fluide de travail lors de sa circulation de la turbine 33 au régénérateur 42. Par ailleurs, le conduit par l’intermédiaire duquel le régénérateur 42 est en communication fluidique avec la turbine 33 peut encore être plus court, de sorte qu’il sera d’autant plus facile d’en assurer la bonne tenue mécanique, à moindre coût.
De même, la pompe 31 peut être en communication fluidique avec le régénérateur 42 par l’intermédiaire d’un orifice de sortie 46 ménagé dans la cuve 43 et s’étendant verticalement.
Le régénérateur 42 peut encore être communication fluidique avec l’évaporateur 32 par l’intermédiaire d’un orifice de sortie 47 ménagé dans la cuve 43 et s’étendant verticalement.
L’orifice de sortie 46 de la pompe 31 est par exemple agencé entre l’orifice de sortie 44 du condenseur 41 et l’orifice de sortie 47 dudit régénérateur 42.
L’orifice de sortie 47 du régénérateur 42 est par exemple agencé entre l’orifice de sortie 46 de la pompe 31 et l’orifice de sortie 45 de la turbine 33.
De cette manière, la distance parcourue par le fluide de travail entre la pompe 31 et le régénérateur 42 et/ou entre le régénérateur 42 et l’évaporateur 32 peut aussi être réduite. Cela a pour avantage de limiter les pertes de charge dans le fluide de travail lors de sa circulation de la pompe 31 au régénérateur 42 et/ou du régénérateur 42 à l’évaporateur 32.
Le système thermodynamique 10 peut aussi comprendre un circuit de refroidissement (non représenté) comprenant au moins une source froide et dans lequel circule un fluide de refroidissement. Le circuit de refroidissement est associé au condenseur 41, de sorte que le fluide de travail circulant dans le condenseur 41 libère de l’énergie thermique au profit du fluide de refroidissement, et de ce fait condense.
Le système thermodynamique 10 peut encore comprendre un circuit de chauffage (non représenté) comprenant au moins une source chaude et dans lequel circule un fluide de chauffage. Le circuit de chauffage est associé à l’évaporateur 32, de sorte que le fluide de chauffage libère de l’énergie thermique au fluide de travail circulant dans l’évaporateur 32 qui, de ce fait, s’évapore.
Le circuit de refroidissement et le circuit de chauffage peuvent encore être un même et unique circuit.
Le fluide de travail peut par exemple comprendre du toluène aussi appelé méthylbenzène ou encore phénylméthane. Le fluide de travail peut encore comprendre de l’hexaméthyldisiloxane comme indiqué précédemment. Le fluide de travail peut encore comprendre au moins un hydrocarbure tel que l’hexane, le pentane, le butane, l’isobutane (aussi appelé 2-methylpropane) ou encore l’isopentane (aussi appelé 2-methylbutane). Le fluide de travail peut aussi comprendre au moins un fluide frigorigène tel que le HFO R-1233zd (avec « HFO » pour hydrofluoroléfine et « R » pour « réfrigérant » en terminologie anglo-saxonne) (aussi appelé 1-chloro-3,3,3-trifluoropropène) ou encore le HFC R245fa (avec « HFC » pour hydrofluorocarbure et « R » pour « réfrigérant » en terminologie anglosaxonne) (aussi appelé 1,1,1,3,3-pentafluoropropane).
La pompe 31, l’évaporateur 32 et la turbine 33 peuvent en outre être logés dans un même conteneur (non représenté).
Le système thermodynamique 10 décrit ci-dessus permet de s’assurer que le NPSH disponible à l’entrée de la pompe 31 est supérieur au NPSH requis de ladite pompe 31 en surélevant le condenseur 41 par rapport à la pompe 31 tout en réduisant le chemin à parcourir par le fluide de travail entre le condensateur 41 et la pompe 31.
Ainsi, le système thermodynamique 10 présente l’avantage d’être particulièrement compact. Il peut être installé dans un espace réduit.
Le système thermodynamique 10 présente encore l’avantage de réduire les coûts pour son installation. Cela est notamment permis par le fait de réunir le condenseur 41 et le régénérateur 42 dans une même cuve 43, de les agencer horizontalement l’un par rapport à l’autre et de limiter le chemin à parcourir par le fluide entre le condenseur 41 et la pompe 31.

Claims (9)

  1. Revendications
    1. Système thermodynamique (10), notamment système conçu pour mettre en œuvre un cycle thermodynamique de Ftankine, comprenant une boucle de circulation (21-26) d’un fluide de travail, ladite boucle (21-26) comprenant :
    - un premier étage (30) destiné à être agencé sur une surface d’un sol (S) globalement horizontale, le premier étage (30) s’étendant suivant une première direction longitudinale (L-ι) globalement horizontale et comprenant une pompe conçue pour augmenter la pression du fluide de travail, lorsque ledit fluide de travail est à l’état liquide,
    - un deuxième étage s’étendant suivant une deuxième direction longitudinale (L2) globalement horizontale, parallèle à la première direction longitudinale (L), et comprenant une cuve (43), ladite cuve (43) comprenant successivement, le long de la deuxième direction longitudinale (L2) :
    o une première partie formant un condenseur (41) conçu pour condenser le fluide de travail en amont de la pompe (31), lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux, et o une deuxième partie formant un régénérateur (42) conçu pour échanger de l’énergie thermique entre le fluide de travail en amont du condenseur (41) et le fluide de travail en aval de la pompe (31), le deuxième étage (40) étant agencé au-dessus du premier étage (30), le condenseur (41) et la pompe (31) étant en outre alignés l’un avec l’autre suivant un premier axe vertical (V-ι), perpendiculaire aux première et deuxième directions longitudinales (L1; L2).
  2. 2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le condenseur (41) est en communication fluidique avec la pompe (31) par l’intermédiaire d’un orifice de sortie (44) ménagé dans la cuve (43) et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales (L-ι, L2), l’orifice de sortie (44) étant en outre agencé dans une colonne verticale (50) formée par le condenseur (41) et la pompe (31).
  3. 3. Système (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le premier étage comprend successivement suivant la première direction longitudinale (L-ι) :
    - la pompe (31),
    - un évaporateur (32) conçu pour vaporiser le fluide de travail en aval du régénérateur (42) et de la pompe (31), lorsque le fluide de travail est à l’état liquide, et
    - une turbine (33) conçue pour diminuer la pression du fluide de travail en aval de l’évaporateur (32) et en amont du régénérateur (42) et du condenseur (41), lorsque le fluide de travail est à l’état gazeux.
  4. 4. Système (10) selon la revendication 3, dans lequel le régénérateur (42) et la turbine (33) sont alignés l’un avec l’autre suivant un deuxième axe vertical (V2), parallèle au premier axe vertical (V-i).
  5. 5. Système (10) selon la revendication 3 ou la revendication 4, dans lequel la turbine (33) est en communication fluidique avec le régénérateur (42) par l’intermédiaire d’un orifice de sortie (45) ménagé dans la cuve (43) et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales (L-ι, L2), l’orifice d’entrée (45) étant en outre agencé dans la colonne verticale (60) formée par la turbine (33) et le régénérateur (42).
  6. 6. Système (10) selon l’une des revendications 3 à 5, dans lequel la pompe (31) est en communication fluidique avec le régénérateur (42) par l’intermédiaire d’un orifice de sortie (46) ménagé dans la cuve (43) et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales (L1; L2).
  7. 7. Système (10) selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel le régénérateur (42) est en communication fluidique avec l’évaporateur (32) par l’intermédiaire d’un orifice de sortie (47) ménagé dans la cuve (43) et s’étendant perpendiculairement aux première et deuxième directions longitudinales (L-ι, L2).
  8. 8. Système (10) selon les revendications 6 et 7 prises ensemble, dans lequel l’orifice de sortie (46) de la pompe (31) est agencé entre l’orifice de sortie (44) du condenseur (41) et l’orifice de sortie (47) dudit régénérateur (42).
  9. 9. Système (10) selon les revendications 6 et 7 prises ensemble ou la revendication 8, dans lequel l’orifice de sortie (47) du régénérateur (42) est par exemple agencé entre l’orifice de sortie (46) de la pompe (31) et l’orifice de sortie (45) de la turbine
    5 (33).
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