FR3083595A1 - Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides - Google Patents
Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides Download PDFInfo
- Publication number
- FR3083595A1 FR3083595A1 FR1856157A FR1856157A FR3083595A1 FR 3083595 A1 FR3083595 A1 FR 3083595A1 FR 1856157 A FR1856157 A FR 1856157A FR 1856157 A FR1856157 A FR 1856157A FR 3083595 A1 FR3083595 A1 FR 3083595A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- combustion
- thermoacoustic
- acoustic
- air
- combustion chamber
- 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
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 92
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 16
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- -1 petrol Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
- F02G2243/50—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes
- F02G2243/54—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes thermo-acoustic
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
La machine thermoacoustique (MT1) comprend un résonateur thermoacoustique (RE1) comportant des premier et deuxième étages acoustiques (EA1, EA2) agencés en série à l'intérieur du résonateur, des premier et deuxième échangeurs chauds (EX1H, EX2H) raccordés en série et raccordés aux étages acoustiques de façon à chauffer ceux-ci, des premier et deuxième échangeurs froids (EX1c, EX2c) raccordés aux étages acoustiques de façon à refroidir ceux-ci, et une première chambre de combustion (CH1) assurant une première combustion et produisant des gaz de combustion (EG1) circulant dans un circuit de circulation de gaz de combustion. Conformément à l'invention, la machine comprend également une deuxième chambre de combustion (CH2) insérée entre les échangeurs chauds dans le circuit de circulation de gaz de combustion, la deuxième chambre de combustion assurant une post combustion de réchauffage des gaz de combustion (EG1, EG2).
Description
MACHINE THERMOACOUSTIQUE NOTAMMENT POUR DES SYSTÈMES DE COGÉNÉRATION D’ÉNERGIE DANS DES VÉHICULES HYBRIDES [001] L’invention concerne de manière générale la conversion d’énergie par application de l’effet thermoacoustique. Plus particulièrement, l’invention se rapporte à une machine thermoacoustique notamment pour des systèmes de cogénération d’énergie dans des véhicules hybrides. L’invention concerne aussi des véhicules, en particulier automobiles, comprenant une machine thermoacoustique notamment dans sa chaîne de traction.
[002] De manière générale, l'effet thermoacoustique convertit la chaleur en énergie acoustique et réciproquement. Une machine thermoacoustique est donc un convertisseur thermomécanique capable soit de produire une énergie mécanique de nature acoustique à partir de chaleur, soit de pomper de la chaleur d'un milieu froid vers un milieu chaud en consommant de l’énergie acoustique. La production d’électricité à partir de l’énergie mécanique acoustique fait appel à un convertisseur acousto-électrique comme un alternateur linéaire ou une turbine bidirectionnelle couplé à un alternateur rotatif.
[003] La Fig. 1 montre de manière schématique une architecture connue d’une machine thermoacoustique MTA à onde stationnaire. Cette machine MTA est un convertisseur primaire d’énergie qui fournit de l’énergie électrique et de la chaleur à partir de la combustion externe d’un carburant. La machine thermoacoustique MTA comprend un résonateur thermoacoustique RE et un dispositif de combustion CO. Le résonateur RE contient un gaz de travail GZ sous pression et comporte ici un seul étage acoustique EA. L’étage acoustique EA et le gaz de travail GZ sont enfermés dans une enceinte EC typiquement cylindrique. A des première et deuxième extrémités du résonateur RE sont placés un générateur acoustique GA et un convertisseur acousto-électrique AE. Le générateur acoustique GA excite le résonateur RE avec une onde acoustique AW. Cette onde acoustique AW est amplifiée dans le résonateur RE lors de son déplacement entre une source froide et une source chaude de l’étage étage acoustique EA.
[004] L’étage acoustique EA est formé d’une structure poreuse SP (dite « stack » en anglais par l’homme du métier dans le cas d’une onde stationnaire ou « régénérateur » dans le cas d’une onde progressive), comprise entre un échangeur froid EAc et un échangeur chaud EAh. Une source froide, sous la forme d’un échangeur thermique EXc, alimente en liquide caloporteur froid l’échangeur EAc de l’étage acoustique EA. L’échangeur EAh est alimenté en liquide caloporteur chaud par une source chaude sous la forme d’un échangeur thermique EXh. C'est le gradient de température entre les extrémités de la structure poreuse
SP, entretenu par les échangeurs chaud EAh et froid EAc, qui fait croître la puissance de l'onde acoustique (amplitude de l’onde) AW dans le gaz de travail GZ. Le convertisseur acousto-électrique AE assure la conversion en électricité de la puissance acoustique entretenue par le résonateur RE. Une énergie calorifique utile pour assurer, par exemple, les besoins de chaud d’un véhicule peut être récupérée au niveau de l’échangeur EXc.
[005] Le dispositif de combustion CO comprend un souffleur d’air BL, une chambre de combustion CH et l’échangeur thermique chaud EXh. Le souffleur d’air BL est chargé de puiser l’air entrant AIR vers la chambre de combustion CH. Un carburant est injecté dans la chambre de combustion CH pour y être brûlé et produire de la chaleur. Des gaz de combustion EG sortant de la chambre de combustion CH traversent l’échangeur thermique chaud EXh et y cèdent des calories avant d’être évacués à l’extérieur.
[006] Les machines thermoacoustiques à combustion externe, telles que la machine MTA décrite ci-dessus, possèdent un bon rendement thermodynamique de cycle, c’est-àdire, un bon travail net généré par rapport à la quantité de chaleur fournie au cycle. En effet, elles décrivent un cycle thermodynamique proche du cycle de Stirling qui possède le rendement de la machine de Carnot. Cependant, si on considère le rendement global de la machine, c’est-à-dire, le travail net généré par rapport à l’énergie consommée dans la chambre de combustion, celui-ci est faible car une grande part de l’énergie apportée par la combustion du carburant part vers l’extérieur avec les gaz de combustion.
[007] Il est connu d’utiliser un régénérateur thermique ou récupérateur de chaleur pour récupérer des calories dans les gaz de combustion avant l’évacuation de ceux-ci vers l’extérieur. Les calories récupérées par le régénérateur sont transférées vers l’entrée d’air de la chambre de combustion afin d’accroître la température de l’air entrant et réduire ainsi la quantité de carburant injectée dans la chambre de combustion. Il est connu également d’intégrer plusieurs étages acoustiques en série dans le résonateur. Les demandes de brevet FR3049696A1 et FR3032749A1 divulguent des architectures de machines thermoacoustiques ayant une seule chambre de combustion et plusieurs étages acoustiques disposés en série dans le résonateur.
[008] Les solutions de la technique antérieure mentionnées ci-dessus apportent une amélioration du rendement global de la machine thermoacoustique, mais celui-ci reste cependant insuffisant, notamment pour des applications dans la traction d’un véhicule automobile. De plus, la densité de puissance que peuvent offrir les machines thermoacoustiques de la technique antérieure reste faible.
[009] Il existe donc un besoin pour une machine thermoacoustique ayant une architecture perfectionnée capable d’offrir un meilleur rendement énergétique.
[0010] Selon un premier aspect, l’invention concerne une machine thermoacoustique comprenant un résonateur thermoacoustique comportant des premier et deuxième étages acoustiques agencés en série à l’intérieur du résonateur thermoacoustique, un générateur acoustique agencé au niveau d’une première extrémité du résonateur thermoacoustique, un convertisseur d’énergie agencé au niveau d’une deuxième extrémité du résonateur thermoacoustique, des premier et deuxième échangeurs chauds raccordés en série dans un circuit de circulation de gaz de combustion et raccordés respectivement aux premier et deuxième étages acoustiques de façon à chauffer ceux-ci, des premier et deuxième échangeurs froids raccordés respectivement aux premier et deuxième étages acoustiques de façon à refroidir ceux-ci, et une première chambre de combustion alimentée en air et en carburant et assurant une première combustion produisant des gaz de combustion circulant dans ledit circuit de circulation de gaz de combustion. Conformément à l’invention, la machine thermoacoustique comprend également une deuxième chambre de combustion insérée entre les premier et deuxième échangeurs chauds dans le circuit de circulation de gaz de combustion, la deuxième chambre de combustion étant alimentée en carburant et assurant une post combustion de réchauffage des gaz de combustion.
[0011] Selon une caractéristique particulière, la combustion dans la première chambre de combustion est réglée pour être non stoechiométrique et produire un excès d’air dans les gaz de combustion sortants.
[0012] Selon une autre forme de réalisation particulière, le résonateur thermoacoustique comporte un troisième étage acoustique agencé en série avec le deuxième étage acoustique à l’intérieur du résonateur thermoacoustique, et la machine thermoacoustique comprend un troisième échangeur chaud raccordé dans le circuit de circulation de gaz de combustion, en aval du deuxième échangeur chaud, et raccordé au troisième étage acoustique, un troisième échangeur froid raccordé au troisième étage acoustique, et une troisième chambre de combustion insérée entre les deuxième et troisième échangeurs chauds dans le circuit de circulation de gaz de combustion, la troisième chambre de combustion étant alimentée en carburant et assurant une post combustion de réchauffage des gaz de combustion.
[0013] Selon une caractéristique particulière de cette autre forme de réalisation particulière, la combustion dans la deuxième chambre de combustion est réglée pour être non stoechiométrique et produire un excès d’air dans les gaz de combustion sortants.
[0014] Selon une autre caractéristique particulière, la machine thermoacoustique comprend également un régénérateur thermique assurant un préchauffage de l’air entrant avec des calories récupérées dans les gaz de combustion avant l’évacuation de ceux-ci vers l’extérieur.
[0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, la machine thermoacoustique comprend également un souffleur d’air produisant un air entrant pulsé.
[0016] Selon encore une autre caractéristique particulière, le convertisseur d’énergie est un convertisseur d’énergie de type acousto-électrique comprenant un alternateur linéaire ou une turbine bidirectionnelle couplée à un alternateur rotatif, ou un convertisseur d’énergie de type acousto-mécanique comprenant une turbine bidirectionnelle.
[0017] Selon un autre aspect, l’invention concerne aussi un système de cogénération d’énergie comprenant une machine thermoacoustique telle que décrite brièvement cidessus.
[0018] Selon encore un autre aspect, l’invention concerne aussi un véhicule comprenant une machine thermoacoustique telle que décrite brièvement ci-dessus.
[0019] D’autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l’invention en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la Fig.1 est un bloc-diagramme d’une machine thermoacoustique de la technique antérieure ;
- la Fig.2 est un bloc-diagramme d’une première forme de réalisation de la machine thermoacoustique selon l’invention, comprenant deux étages acoustiques ;
- la Fig.3 est un bloc-diagramme d’une deuxième forme de réalisation de la machine thermoacoustique selon l’invention, comprenant trois étages acoustiques ; et
- les Figs.4A et 4B sont des graphiques comparatifs montrant des diagrammes de
Pareto de performances, pour des machines thermoacoustiques selon la présente invention et des machines thermoacoustiques de la technique antérieure.
[0020] En référence à Fig.2, il est maintenant décrit ci-dessous une forme de réalisation particulière MT1 d’une machine thermoacoustique selon l’invention. La machine thermoacoustique MT1 est ici un convertisseur primaire d’énergie qui fournit de l’énergie électrique et de la chaleur à partir de la combustion externe d’un carburant.
[0021] Comme visible à la Fig.2, la machine thermoacoustique MT 1 comprend notamment un résonateur thermoacoustique RE1, un dispositif de combustion-régénération CR, des premier et deuxième échangeurs EX1h, EX2h, dits « chauds » et des premier et deuxième échangeurs EX1c, EX2c, dits « froids ». Un générateur acoustique GA et un convertisseur d’énergie AE sont placés à des extrémités du résonateur RE1. Le convertisseur d’énergie AE est ici de type acousto-électrique et comprend typiquement un alternateur linéaire ou une turbine bidirectionnelle couplée à un alternateur rotatif. Le convertisseur d’énergie acousto-électrique AE et les échangeurs EX1c, EX2c, fournissent de l’énergie électrique et de la chaleur, en cogénération. Des convertisseurs d’énergie d’un autre type pourront être utilisés dans des formes de réalisation différentes, par exemple, un convertisseur d’énergie acousto-mécanique, comme une turbine bidirectionnelle, pour une cogénération d’énergie mécanique et de chaleur.
[0022] Le résonateur RE1 comporte ici deux étages acoustiques EA1 et EA2. Les premier et deuxième étages acoustiques EA1 et EA2 sont raccordés respectivement aux premiers échangeurs chaud EX1h et froid EX1c et aux deuxièmes échangeurs chaud EX2h et froid EX2c. Chaque étage acoustique EA1, EA2, comporte une structure poreuse SP comprise entre un échangeur froid EAc et un échangeur chaud EAh.
[0023] Le dispositif de combustion-régénération CR comprend ici essentiellement un souffleur d’air BL, un régénérateur thermique REG, un ensemble de combustion EH et les premier et deuxième échangeurs chauds EX1h et EX2h.
[0024] Le régénérateur thermique REG est un récupérateur de chaleur qui participe à l’amélioration du rendement global de la machine en permettant un préchauffage de l’air entrant AIR. Le régénérateur REG récupère des calories dans des gaz de combustion EG2 avant l’évacuation de ceux-ci vers l’extérieur sous la forme de gaz d’échappement EG3. Les calories récupérées sont utilisées pour chauffer l’air entrant AIR qui est pulsé par le souffleur d’air BL.
[0025] Contrairement aux machines thermoacoustiques connues dans lesquelles la combustion est réalisée dans une seule chambre de combustion, la présente invention fait appel à plusieurs chambres de combustion pour la production de la chaleur. Ainsi, dans cette forme de réalisation particulière, l’ensemble de combustion EH comprend deux chambres de combustion, à savoir, une première chambre CH1 et une deuxième chambre CH2.
[0026] La première chambre de combustion CH1 est située directement en aval du régénérateur REG. La première chambre de combustion CH1 reçoit en entrée l’air pulsé AIR qui a été chauffé par le régénérateur REG. Du carburant est injecté dans la première chambre de combustion CH1 et la combustion de celui-ci produit des gaz de première combustion EG1. Le premier échangeur chaud EX1h, disposé directement en aval de la première chambre de combustion CH1, est traversé par les gaz EG1 qui y cèdent des calories.
[0027] La deuxième chambre de combustion CH2 est située directement en aval du premier échangeur chaud EX1h et assure une post combustion. La deuxième chambre de combustion CH2 reçoit en entrée les gaz de première combustion EG1 qui ont été refroidis en traversant le premier échangeur chaud EX1h. Du carburant est injecté dans la deuxième chambre de combustion CH2 et la combustion de celui-ci produit des gaz de post combustion EG2. Le deuxième échangeur chaud EX2h, disposé directement en aval de la deuxième chambre de combustion CH2, est traversé par les gaz EG2 qui y cèdent des calories. Les gaz EG2, refroidis par la traversée du deuxième échangeur chaud EX2h, traversent ensuite le régénérateur REG avant d’être évacués vers l’extérieur sous la forme des gaz d’échappement EG3.
[0028] Dans la présente invention, la deuxième chambre de combustion CH2 permet de réaliser une réchauffe intermédiaire des gaz de combustion entre les première et deuxième échangeurs chauds EX1h et EX2h. Cette réchauffe des gaz de combustion permet de réduire la différence de température entre les premier et deuxième étages acoustiques EA1 et EA2. Avantageusement, la réchauffe des gaz de combustion est déterminée de façon à ce que les deux étages acoustiques EA1 et EA2 opèrent au même niveau de température. Les étages acoustiques EA1 et EA2 ont alors un fonctionnement identique et la complexité de la machine est réduite.
[0029] Dans cette forme de réalisation particulière, la combustion dans le première chambre de combustion CH1 est réglée de façon à avoir un excès d’air dans les gaz de combustion EG1 sortants (combustion non stœchiométrique), ce qui réduit la température de combustion dans chambre et permet de respecter la limite métallurgique de tenue en température des matériaux de celle-ci). L’excès d’air présent dans les gaz de combustion EG1 permet la post combustion de réchauffage dans la deuxième chambre de combustion CH2. La combustion non stœchiométrique dans la première chambre de combustion CH1 offre l’avantage d’une température de combustion plus basse par rapport à une combustion non stœchiométrique, ce qui réduit les contraintes sur les matériaux de la chambre CH1. On notera cependant que des variantes de réalisation sont possibles tout en restant le cadre de l’invention. Ainsi, par exemple, dans certaines applications, la combustion dans la première chambre de combustion CH1 sera stœchiométrique et l’homme du métier prévoira un apport d’air dans la deuxième chambre de combustion CH2 pour y obtenir une combustion satisfaisante, et une production de chaleur suffisante pour le réchauffage.
[0030] Le préchauffage de l’air entrant AIR assuré par le régénérateur REG en amont de la première chambre de combustion CH1 n’est pas indispensable à la mise en œuvre de l’invention. Cependant, outre son effet positif sur l’amélioration du rendement global de la machine, le préchauffage par le régénérateur REG conduit à une moindre quantité de carburant injectée dans la chambre, ce qui favorise une quantité d’oxygène accrue dans les gaz de combustion EG1 pour la post combustion de réchauffage.
[0031] Comparativement à une machine thermoacoustique de la technique antérieure, la machine thermoacoustique selon l’invention permet une réduction des oxydes d’azote (NOx) à la source. En effet, l’abaissement de la température dans la première chambre CH1 par une combustion non stœchiométrique et la post combustion de réchauffage assurée dans la deuxième chambre CH2 limitent la production des NOx avec des carburants tels que l’essence, le gasoil ou le fioul. La température basse dans la première chambre CH1 favorise une moindre production de NOx et la post combustion assurée dans la deuxième chambre CH2 brûle ceux-ci, de manière analogue à ce qui se produit dans un moteur thermique équipé d’une vanne EGR de recirculation des gaz d’échappement.
[0032] L’invention ne se limite pas à une machine thermoacoustique ayant deux étages acoustiques et est aussi applicable dans des machines ayant trois étages acoustiques et plus. La machine thermoacoustique selon l’invention pourra ainsi comprendre deux chambres de combustion ou plus pour des réchauffages intermédiaires des gaz de combustion qui alimentent en chaleur les étages acoustiques.
[0033] Un exemple d’architecture d’une machine thermoacoustique MT2 selon l’invention à trois étages acoustiques est montré à la Fig.3. Comme visible à la Fig.3, par rapport à la machine MT1 de la Fig.2, la machine MT2 comporte un résonateur RE2 ayant un étage acoustique supplémentaire EA3 auquel est associée une chambre de combustion supplémentaire CH3 et des échangeurs chaud EX3h et froid EX3c. La chambre de combustion CH3 assure le réchauffage des gaz de combustion entre les échangeurs chauds EX2h et EX3h, de manière analogue à la chambre de combustion CH2 entre les échangeurs chauds EX1h et EX2h, comme déjà décrit en référence à la Fig.2. Dans cette forme de réalisation particulière, la post combustion dans la deuxième chambre CH2 est faite avec excès d’air de manière à conserver de l’oxygène pour la post combustion dans la troisième chambre CH3.
[0034] Par rapport à la technique antérieure, la présente invention offre un accroissement de l’ordre dix à quinze points en pourcentage sur le rendement global de la machine thermoacoustique et une densité de puissance multipliée par un facteur compris entre deux et trois.
[0035] Une comparaison de performances, entre des machines thermoacoustiques de la technique antérieure et des machines thermoacoustiques selon la présente invention, est apportée par les graphiques des Figs.4A et 4B, qui représentent pour des températures de combustion de 950°C et 1100°C, des diagrammes de Pareto du travail net spécifique ou densité de puissance (noté TNS) en kilojoule/kilogramme par rapport au rendement énergétique (noté RM) de la machine.
[0036] Les machines thermoacoustiques TA de la technique antérieure considérées dans les graphiques des Fig.4A et 4B sont les suivantes : TA(n1), TA(n2), TA(n3), TA(R/n1), TA(R/n2) et TA(R/n3). Les machines TA(n1) à TA(n3) sont des machines sans régénérateur ayant respectivement 1 à 3 étages acoustiques. Les machines TA(R/n1) à TA(R/n3) sont des machines avec régénérateur ayant respectivement 1 à 3 étages acoustiques.
[0037] Les machines thermoacoustiques TA-Re selon la présente invention considérées dans les graphiques des Fig.4A et 4B sont les suivantes : TA-Re (n2), TA-Re (n3), TARe(R/n2) et TA-Re(R/n3). Les machines thermoacoustiques TA-Re comprennent toutes des chambres de combustion de réchauffage (Re) entre les étages acoustiques, comme décrit ci-dessus en référence aux Figs.2 et 3. Les machines TA-Re (n2) et TA-Re (n3) sont des machines sans régénérateur ayant respectivement 2 et 3 étages acoustiques. Les machines
TA-Re(R/n2) et TA-Re(R/n3) sont des machines avec régénérateur ayant respectivement 2 et 3 étages acoustiques, comme celles montrées aux Figs.2 et 3.
[0038] Les graphiques des Fig.4A et 4B montrent bien les accroissements significatifs de rendement et de densité de puissance apportés par les machines thermoacoustiques TARe selon l’invention par rapport aux machines thermoacoustiques TA de la technique antérieure.
[0039] Les machines thermoacoustiques selon l’invention sont envisageables pour des applications dans les chaînes de traction des véhicules de transport notamment dans les véhicules hybrides, en remplacement du moteur thermique à combustion interne, notamment dans un contexte de zéro émission de de CO2 et de durcissement des normes environnementales. Les machines thermoacoustiques étant du type à combustion externe, elles sont compatibles avec tous les types de carburant qui comprennent l’essence, le gasoil, le fioul et autres, mais aussi l’hydrogène, le méthane, des combustibles solides tels que le bois, l’aluminium, le fer, le magnésium et autres.
[0040] De manière générale, les machines thermoacoustiques selon l’invention trouveront des applications dans des systèmes de cogénération d’énergie, notamment dans les véhicules hybrides, les poids lourds, le domaine spatial et autres.
[0041] L’invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d’exemple. L’homme du métier, selon les applications de l’invention, pourra apporter différentes modifications et variantes entrant dans le champ de protection de l’invention.
Claims (9)
- Revendications1. Machine thermoacoustique (MT1) comprenant un résonateur thermoacoustique (RE1) comportant des premier et deuxième étages acoustiques (EA1, EA2) agencés en série à l’intérieur dudit résonateur thermoacoustique (RE1), un générateur acoustique (GA) agencé au niveau d’une première extrémité dudit résonateur thermoacoustique (RE1), un convertisseur d’énergie (AE) agencé au niveau d’une deuxième extrémité dudit résonateur thermoacoustique (RE1), des premier et deuxième échangeurs chauds (EX1h, EX2h) raccordés en série dans un circuit de circulation de gaz de combustion et raccordés respectivement auxdits premier et deuxième étages acoustiques (EA1, EA2) de façon à chauffer ceux-ci, des premier et deuxième échangeurs froids (EX1c, EX2c) raccordés respectivement auxdits premier et deuxième étages acoustiques (EA1, EA2) de façon à refroidir ceux-ci, et une première chambre de combustion (CH1) alimentée en air (AIR) et en carburant et assurant une première combustion produisant des gaz de combustion (EG1) circulant dans ledit circuit de circulation de gaz de combustion, caractérisée en ce qu’elle comprend également une deuxième chambre de combustion (CH2) insérée entre lesdits premier et deuxième échangeurs chauds (EX1h, EX2h) dans ledit circuit de circulation de gaz de combustion, ladite deuxième chambre de combustion (CH2) étant alimentée en carburant et assurant une post combustion de réchauffage desdits gaz de combustion (EG1, EG2).
- 2. Machine thermoacoustique (MT1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la combustion dans ladite première chambre de combustion (CH1) est réglée pour être non stoechiométrique et produire un excès d’air dans lesdits gaz de combustion.
- 3. Machine thermoacoustique (MT2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit résonateur thermoacoustique (RE2) comporte un troisième étage acoustique (EA3) agencé en série avec ledit deuxième étage acoustique (EA2) à l’intérieur dudit résonateur thermoacoustique (RE2), et comprenant un troisième échangeur chaud (EX3h) raccordé dans ledit circuit de circulation de gaz de combustion, en aval dudit deuxième échangeur chaud (EX2h), et raccordé audit troisième étage acoustique (EA3), un troisième échangeur froid (EX2c) raccordé audit troisième étage acoustique (EA3), et une troisième chambre de combustion (CH3) insérée entre lesdits deuxième et troisième échangeurs chauds (EX2h, EX3h) dans ledit circuit de circulation de gaz de combustion, ladite troisième chambre de combustion (CH3) étant alimentée en carburant et assurant une post combustion de réchauffage desdits gaz de combustion.
- 4. Machine thermoacoustique (MT2) selon la revendication 3, caractérisée en ce que la combustion dans ladite deuxième chambre de combustion (CH2) est réglée pour être non stoechiométrique et produire un excès d’air dans lesdits gaz de combustion.
- 5. Machine thermoacoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle comprend également un régénérateur thermique (REG) assurant un préchauffage de l’air entrant (AIR) avec des calories récupérées dans lesdits gaz de combustion avant l’évacuation de ceux-ci vers l’extérieur.
- 6. Machine thermoacoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend également un souffleur d’air (BL) produisant un air entrant pulsé (AIR).
- 7. Machine thermoacoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit convertisseur d’énergie (AE) est un convertisseur d’énergie de type acousto-électrique comprenant un alternateur linéaire ou une turbine bidirectionnelle couplée à un alternateur rotatif, ou un convertisseur d’énergie de type acousto-mécanique comprenant une turbine bidirectionnelle.
- 8. Système de cogénération d’énergie comprenant une machine thermoacoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
- 9. Véhicule comprenant une machine thermoacoustique selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans sa chaîne de traction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856157A FR3083595B1 (fr) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1856157A FR3083595B1 (fr) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides |
| FR1856157 | 2018-07-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3083595A1 true FR3083595A1 (fr) | 2020-01-10 |
| FR3083595B1 FR3083595B1 (fr) | 2020-07-17 |
Family
ID=63080170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1856157A Active FR3083595B1 (fr) | 2018-07-04 | 2018-07-04 | Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3083595B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022157430A1 (fr) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | Psa Automobiles Sa | Procédé de combustion d'une turbomachine comprenant deux chambres de combustion |
| FR3129200A1 (fr) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | Equium Groupe | Cellule thermoacoustique comprenant une enveloppe en matériau composite |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3032749A1 (fr) * | 2015-02-18 | 2016-08-19 | Airbus Group Sas | Moteur thermoacoustique |
| FR3049696A1 (fr) * | 2016-04-01 | 2017-10-06 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Systeme thermoacoustique a combustion directe |
| FR3055668A1 (fr) * | 2016-09-07 | 2018-03-09 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Ensemble moteur pour vehicule automobile comprenant un dispositif de recuperation d’energie thermique |
-
2018
- 2018-07-04 FR FR1856157A patent/FR3083595B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3032749A1 (fr) * | 2015-02-18 | 2016-08-19 | Airbus Group Sas | Moteur thermoacoustique |
| FR3049696A1 (fr) * | 2016-04-01 | 2017-10-06 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Systeme thermoacoustique a combustion directe |
| FR3055668A1 (fr) * | 2016-09-07 | 2018-03-09 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Ensemble moteur pour vehicule automobile comprenant un dispositif de recuperation d’energie thermique |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2022157430A1 (fr) * | 2021-01-25 | 2022-07-28 | Psa Automobiles Sa | Procédé de combustion d'une turbomachine comprenant deux chambres de combustion |
| FR3119198A1 (fr) * | 2021-01-25 | 2022-07-29 | Psa Automobiles Sa | Procede de combustion d’une turbomachine comprenant deux chambres de combustion |
| FR3129200A1 (fr) * | 2021-11-18 | 2023-05-19 | Equium Groupe | Cellule thermoacoustique comprenant une enveloppe en matériau composite |
| WO2023088841A1 (fr) * | 2021-11-18 | 2023-05-25 | Equium Groupe | Titre : cellule thermoacoustique comprenant une enveloppe en matériau composite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3083595B1 (fr) | 2020-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2986564A1 (fr) | Dispositif d'allumage par etincelle et stratification haute-pression pour moteur a combustion interne | |
| FR3083595A1 (fr) | Machine thermoacoustique notamment pour des systemes de cogeneration d’energie dans des vehicules hybrides | |
| EP3585993B1 (fr) | Système de refroidissement régénératif | |
| FR3037357A1 (fr) | Procede de chauffage d’un systeme d’echappement d’un ensemble moteur a combustion interne par injection d’air | |
| FR3101378A1 (fr) | Systeme thermodynamique de production d’energie electrique comportant une turbomachine et une machine mettant en oeuvre la vapeur d’eau | |
| WO2020035642A1 (fr) | Machine thermoélectrique notamment pour des véhicules électriques hybrides à autonomie étendue | |
| FR2975728A1 (fr) | Moteur hybride pneumatique-thermique | |
| FR3049696A1 (fr) | Systeme thermoacoustique a combustion directe | |
| FR3107558A1 (fr) | Systeme thermodynamique comportant deux turbomachines presentant chacune un arbre de transmission et une machine electrique | |
| FR3101377A1 (fr) | Systeme thermodynamique de production d’energie electrique mettant en œuvre plusieurs turbomachines comportant un recuperateur commun | |
| FR3090740A1 (fr) | Procede et dispositif de rechauffement d’au moins une partie d’un systeme de post-traitement (ats) d’un moteur a combustion interne | |
| FR3032749A1 (fr) | Moteur thermoacoustique | |
| FR2741384A1 (fr) | Machine tournante a cycle de brayton ferme compacte, systeme de propulsion comprenant une telle machine, et vehicule pourvu d'un tel moyen de propulsion | |
| FR3085725A1 (fr) | Moteur a combustion externe a cycle divise | |
| FR2913458A1 (fr) | Architecture innovante pour moteurs stirling,moteur stirling ainsi dispose. | |
| FR3079562A1 (fr) | Moteur a combustion externe a rechauffage intermediaire | |
| FR3053404B1 (fr) | Ensemble de circulation de gaz d’echappement d’un moteur thermique | |
| EP3710688B1 (fr) | Groupe motopropulseur avec systeme de depollution ameliore | |
| FR3141759A1 (fr) | Echangeur de chaleur comprenant des sections de tailles variables, en particulier pour une turbomachine d’un vehicule automobile | |
| FR3053407B1 (fr) | Ensemble de circulation de gaz d’echappement d’un moteur thermique | |
| FR3049649A1 (fr) | Moteur a combustion interne comprenant un systeme thermoacoustique | |
| FR3106620A1 (fr) | Systeme thermodynamique de production d’energie comportant deux turbomachines presentant chacune un arbre de transmission | |
| FR3034138A1 (fr) | Systeme moteur avec systeme de recuperation d'energie | |
| FR2913459A1 (fr) | Dispositifs pour moteurs stirling,notamment pour diminuer les pertes thermiques,et moteur comprenant de tels dispositifs | |
| FR2956436A1 (fr) | Chargeur a ondes de pression |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20200110 |
|
| 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 |
|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: STELLANTIS AUTO SAS, FR Effective date: 20240423 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |