FR3121708A1 - Convertisseur d’energie, de type turbogenerateur, comprenant un systeme de couplage pneumatique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un convertisseur d’énergie (32), de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique (34) munie d’un axe (36), et un système à cycle thermodynamique (38) comprenant au moins deux machines de compression (40A, 40B) et au moins deux machines de détente (42A, 42B) de type turbines, l’axe (36) de la machine électrique (34) étant relié ou couplé à au moins une desdites machines de compression (40A, 40B) ou machines de détente (42A, 42B), ledit convertisseur d’énergie (32) comportant en outre au moins un système de couplage pneumatique (39) reliant deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique (34), les machines de compression (40A, 40B) et les machines de détente (42A, 42B). Fig. 3
Description
L’invention se rapporte à un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique et un système à cycle thermodynamique comprenant au moins deux machines de compression et au moins deux machines de détente de type turbines. L’invention se rapporte plus particulièrement, mais non exclusivement, à un tel convertisseur d’énergie pour véhicule ; ainsi qu’à un véhicule, notamment automobile, comprenant un tel convertisseur d’énergie. De nombreuses autres applications industrielles utilisant un convertisseur d’énergie de type turbogénérateur ont été identifiées pour la présente invention, incluant, sans que cette liste ne soit exhaustive, les domaines de l’aéronautique, du naval, du ferroviaire, du spatial, et des générateurs électriques.
Il est connu de l’état de la technique d’utiliser un convertisseur d’énergie de type turbine à gaz ou turbogénérateur en tant que prolongateur d’autonomie énergétique dans un véhicule fortement électrifié, en particulier dans un véhicule hybride série. Le convertisseur d’énergie opère alors en mode APU (de l’anglais Auxiliary Power Unit) où son rôle est de recharger les batteries d’un véhicule électrique. Il est ainsi mécaniquement découplé de la chaîne de traction et fonctionne sur son point de rendement maximal. Comme on peut le voir sur la , un tel véhicule électrique 1 comporte un système 2 de freinage des roues 4, un moteur électrique 6 pour la transmission d’un couple mécanique aux roues 4, et une ou plusieurs batteries électriques 8 reliée(s) au moteur électrique 6 via un convertisseur de courant continu/alternatif 10. Le véhicule 1 comporte également un convertisseur d’énergie 12 opérant en mode APU et relié au(x) batterie(s) électrique(s) 8 via un convertisseur de courant alternatif/continu 14. Le convertisseur d'énergie 12 fournit en sortie une énergie électrique, sous la forme d'un courant électrique alternatif.
Par ailleurs, il est également connu de l'état de la technique d’utiliser dans un véhicule, notamment automobile, un cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT (de l’anglais Intercooled Regenerative Reheat Gas Turbine). Un tel cycle permet d’atteindre un rendement très important mais aussi une densité de puissance très élevée (travail net spécifique élevé). Comme illustré sur la , un système à cycle thermodynamique IRReGT 16 comporte deux machines de compression 18, refroidies par un refroidisseur intermédiaire 20 ; un récupérateur de chaleur 22 ayant pour fonction de récupérer la chaleur résiduelle et de rejeter cette dernière à l’extérieur ; deux chambres de combustion 24 et deux machines de détente 26 de type turbines. Le système à cycle thermodynamique IRReGT 16 peut être associé à une machine électrique 28 (de type génératrice) afin de fournir de l’énergie électrique au véhicule, et permettre notamment de recharger des batteries de ce dernier. Le récupérateur de chaleur 22 relie la sortie d’une des machines de compression 18 à l’entrée d’une première chambre de combustion 24. La sortie de la première chambre de combustion 24 est reliée à l’entrée d’une première machine de détente 26. Une seconde chambre de combustion 24 relie la sortie de la première machine de détente 26 à l’entrée d’une seconde machine de détente 26. La sortie de la seconde machine de détente 26 est reliée à une entrée du récupérateur de chaleur 22. Dans l’architecture de base illustrée sur la , les deux machines de compression 18 et les deux machines de détente 26 sont montées sur un même axe de rotation 30. La machine électrique 28 est montée sur une extrémité de l’axe 30, en aval des machines de détente 26. En variante non représentée, la machine électrique 28 peut être montée au milieu ou à tout autre endroit sur l’axe 30. Elle peut également être installée du côté des machines de compression 18. Cela permet de l’éloigner des machines de détente type turbines 26 (chaudes), et cela permet de la refroidir par l’air ambiant qui entre dans les machines de compression 18.
Les machines de compression 18, refroidies par le refroidisseur intermédiaire 20, permettent de réduire le travail de compression, ce qui conduit à moins de travail consommé par les machines de compression 18 et permet donc d’augmenter le travail mécanique net (le travail net étant égal au travail des machines de détente 26 moins le travail des machines de compression 18). Le travail mécanique net est récupéré par la machine électrique 28 et est transformé en électricité.
Le fait d’effectuer une post combustion dans les chambres de combustion 24 permet d’élargir la surface dans le diagramme Pression-Volume du cycle thermodynamique. Or cette surface correspond au travail net récupéré (travail des machines de détente 26 moins travail des machines de compression 18) qui est aussi égal à la chaleur nette échangée (l’énergie mis dans le cycle thermodynamique moins l’énergie rejetée).
Toutefois, le fait que les machines de compression, les machines de détente et la machine électrique soient toutes montées sur un seul axe de rotation commun entraîne les inconvénients suivants pour un tel convertisseur d’énergie de l’art antérieur :
- l’intégration du convertisseur est complexe ;
- la longueur de l’axe commun pose des problèmes de flexion de l’axe, de vibrations, et impose la longueur et la taille du convertisseur ;
- la zone (surface) de fonctionnement optimale (régime/couple) du convertisseur est réduite. Or, les turbomachines sont connues pour être efficaces dans une plage de régime/débit bien spécifique. Le fait de s’éloigner de cette zone fait baisser énormément le rendement. Le fait de mettre toutes les machines sur le même axe, donc d’imposer le régime de rotation, a pour conséquence une restriction de la zone de fonctionnement à rendement optimal. Il y a donc très peu de flexibilité pour faire bouger le point de fonctionnement d’un tel convertisseur (puissance du convertisseur) tout en restant à des niveaux de performances élevés ;
- une telle configuration impose un système de roulement spécifique, ainsi que des paliers spécifiques pour les machines de compression et les machines de détente, afin d’éviter des vibrations à très haut régime. De telles vibrations peuvent en effet entraîner des problématiques de tenue pour le convertisseur.
Une solution connue pour réduire la longueur et donc le volume du convertisseur consiste à prévoir deux axes de rotation plus courts en longueur (au lieu d’un seul axe commun), ainsi que deux machines électriques. Chaque machine électrique est montée sur un axe de rotation distinct. Toutefois, une telle solution impose de recourir à deux machines électriques pour le convertisseur d’énergie, ce qui alourdit considérablement le coût du système (coût de deux machines électriques et coût de l’électronique de puissance nécessaires pour les faire fonctionner).
Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, qui ne comporte qu’une seule machine électrique et qui permette de produire de l’énergie électrique à haut rendement et à travail net spécifique élevés (par exemple en mettant en œuvre un cycle thermodynamique du type IRReGT), tout en présentant une complexité et une masse réduites afin de simplifier l’intégration, et en ayant un coût réduit et un volume optimisé.
Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un convertisseur d’énergie, de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique munie d’un axe, et un système à cycle thermodynamique comprenant au moins deux machines de compression et au moins deux machines de détente de type turbines, l’axe de la machine électrique étant relié ou couplé à au moins une desdites machines de compression ou machines de détente, dans lequel ledit convertisseur d’énergie comporte en outre au moins un système de couplage pneumatique reliant deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique, les machines de compression et les machines de détente.
Selon un mode de réalisation préféré, le système à cycle thermodynamique comprend deux turbocompresseurs, chaque turbocompresseur comprenant un axe relié ou couplé à l’axe de la machine électrique, une machine de compression montée sur ledit axe, et une machine de détente de type turbine montée sur ledit axe, et le ou chaque système de couplage pneumatique relie l’axe d’un turbocompresseur à l’axe de la machine électrique.
De préférence, le convertisseur d’énergie comporte un seul système de couplage pneumatique, ledit système de couplage pneumatique reliant l’axe d’un premier turbocompresseur à l’axe de la machine électrique, l’axe de la machine électrique étant par ailleurs couplé mécaniquement à l’axe d’un second turbocompresseur.
Avantageusement, le convertisseur d’énergie comporte en outre, pour chaque turbocompresseur, un système de paliers propre au turbocompresseur, sur lequel est monté ledit turbocompresseur.
Selon un autre mode de réalisation, les machines de compression et les machines de détente sont réparties entre un premier ensemble comprenant lesdites deux machines de compression montées sur un même premier axe, et un second ensemble comprenant lesdites deux machines de détente montées sur un même second axe, le système de couplage pneumatique reliant l’axe du premier ensemble à l’axe du second ensemble, et la machine électrique est montée sur l’axe du premier ensemble ou sur l’axe du second, ledit axe étant couplé mécaniquement à l’axe de la machine électrique, la machine électrique étant disposée entre deux machines de compression, ou entre deux machines de détente.
Selon un autre mode de réalisation, les machines de compression et les machines de détente sont réparties entre un premier ensemble comprenant deux machines de compression montées sur un même premier axe, et un second ensemble comprenant deux machines de détente montées sur un même second axe, et la machine électrique est disposée entre le premier ensemble et le second ensemble, le système de couplage pneumatique reliant l’axe de la machine électrique à l’axe du premier ensemble ou à l’axe du second ensemble.
De préférence, la machine électrique est munie d’un circuit de refroidissement.
Avantageusement, les machines de compression et les machines de détente sont des machines radiales.
De préférence, les machines de compression et les machines de détente étant disposées de manière coaxiale.
De préférence, le système à cycle thermodynamique est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT (de l’anglais Intercooled Regenerative Reheat Gas Turbine).
De préférence, le système à cycle thermodynamique comporte en outre deux chambres de combustion, un récupérateur de chaleur et un refroidisseur intermédiaire reliant les deux machines de compression.
L’invention se rapporte également à un véhicule, notamment automobile, comprenant un convertisseur d’énergie tel que décrit ci-dessus.
De préférence, le véhicule comporte en outre un système de stockage d’énergie électrique, du type comportant une ou plusieurs batteries de stockage, le convertisseur d’énergie étant relié au système de stockage d’énergie électrique.
On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles :
En référence aux figures 3 à 8 est illustré un convertisseur d’énergie selon l’invention, qui sera référencé 32, 132, 232, 332, 432 pour chaque mode de réalisation. Dans la suite de la description, les éléments désignés par des références numériques avec un incrément de cent ou d’un multiple de cent sont analogues.
Le convertisseur d’énergie 32, 132, 232, 332, 432 est typiquement un turbogénérateur, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention. Le convertisseur d’énergie est par exemple destiné à être installé au sein d’un véhicule, notamment automobile, typiquement un véhicule électrique (un tel véhicule n’étant pas représenté sur les figures). Dans ce cas, le convertisseur d’énergie peut servir à recharger un système de stockage d’énergie électrique disposé au sein du véhicule, du type comportant une ou plusieurs batteries. En variante, le convertisseur d’énergie peut être utilisé dans tout autre type d’application industrielle, par exemple, sans que cette liste ne soit exhaustive, dans un système aéronautique, naval, ferroviaire, spatial, ou encore dans un générateur électrique. Le convertisseur d’énergie 32, 132, 232, 332, 432 comporte une machine électrique 34, 134, 234, 334, 434 munie d’un axe 36, 136, 236, 336, 436, un système à cycle thermodynamique 38, 138, 238, 338, 438 ainsi qu’au moins un système de couplage pneumatique 39, 139, 239, 339, 439. Le système à cycle thermodynamique comprend au moins deux machines de compression et au moins deux machines de détente de type turbines. De préférence, le système à cycle thermodynamique est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à réchauffement à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT. L’axe de la machine électrique est relié ou couplé à au moins une des machines de compression ou machines de détente. Comme cela sera détaillé par la suite, le ou chaque système de couplage pneumatique relie deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique, les machines de compression et les machines de détente.
L’utilisation d’au moins un système de couplage pneumatique dans le convertisseur d’énergie permet de réduire le volume total et la complexité du convertisseur, et donc de simplifier l’intégration de ce dernier. En outre, une telle configuration permet de proposer une architecture plus compacte et moins coûteuse pour le convertisseur. En effet, l’utilisation d’un tel système de couplage pneumatique permet de n’utiliser qu’une seule machine électrique, au lieu de deux machines électriques pour certains convertisseurs d’énergie de l’art antérieur. Le ou chaque système de couplage pneumatique peut en particulier permettre de coupler l’axe d’une turbomachine à la machine électrique, et permettre ainsi de transférer la puissance de chaque turbomachine à la machine électrique. Ce mode de couplage pneumatique offre également les avantages suivants :
- permettre de s’affranchir de l’utilisation de systèmes de réduction mécanique (de type engrenages ou autres), qui ont comme inconvénients le bruit, et la nécessité d’avoir un système de lubrification et de frottement, ou de systèmes de réductions magnétiques qui ont comme inconvénient le coût ; les rapports de réduction peuvent ainsi être adaptés en fonction des turbomachines ;
- présenter un faible encombrement, un faible niveau de bruit, un faible pas de maintenance, une masse plus faible ;
- permettre de conserver une production d’énergie électrique à haut rendement et à travail net spécifique élevés (par exemple en mettant en œuvre un cycle thermodynamique du type IRReGT).
Ces différents avantages sont bénéfiques notamment pour intégrer le convertisseur d’énergie 32, 132, 232, 332, 432 dans une chaîne de traction fortement électrifiée, par exemple dans une chaîne de traction d’un véhicule électrique.
Le ou chaque système de couplage pneumatique comprend tout dispositif connu permettant de coupler de manière pneumatique deux axes ou deux arbres de machines tournantes. Par exemple, mais sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention, le ou chaque système de couplage pneumatique peut mettre en œuvre un dispositif à air comprimé, de préférence pressurisé. Un tel dispositif à air comprimé comporte typiquement deux pièces, chacune solidaire d’un des axes de machine tournante. L’air circule par exemple à travers une première de ces pièces configurée pour être couplée mécaniquement à la deuxième pièce via un mécanisme de gonflage intermédiaire. L’air sous pression permet ainsi d’activer un couplage mécanique entre les deux pièces, et donc entre les deux axes des machines. Dans le cas où le système à cycle thermodynamique 38, 138, 238, 338, 438 est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT, l’air est par exemple fourni par le refroidisseur intermédiaire 50 (qui sera décrit par la suite). En variante, l’air peut être fourni par tout autre dispositif extérieur.
De préférence, les machines de compression et les machines de détente sont des machines radiales. Ceci permet d’obtenir de meilleurs taux de compression et de détente pour le convertisseur d’énergie.
La illustre schématiquement un convertisseur d’énergie 32 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Selon ce premier mode de réalisation, le convertisseur d’énergie 32 comporte deux systèmes de couplage pneumatique 39. Le système à cycle thermodynamique 38 comprend deux turbocompresseurs 44A, 44B chacun monté sur un système de palier distinct 46A, 46B. Chaque turbocompresseur 44A, 44B comprend un axe 48A, 48B couplé à l’axe 36 de la machine électrique 34 via un des systèmes de couplage pneumatique 39 ; une machine de compression 40A, 40B montée sur l’axe 48A, 48B ; et une machine de détente de type turbine 42A, 42B montée sur l’axe 48A, 48B. Chaque système de palier 46A, 46B, propre à un des turbocompresseurs 44A, 44B, est monté sur l’axe 48A, 48B de ce turbocompresseur 44A, 44B. Chaque système de palier 46A, 46B peut comporter un ou plusieurs palier(s) à air, à huile ou à roulements, et/ou un ou plusieurs palier(s) sec(s) ou lisse(s), et/ou un ou plusieurs palier(s) magnétique(s).
La illustre une variante de réalisation préférentielle du convertisseur d’énergie 32 selon le premier mode de réalisation de l’invention. Les éléments désignés par les mêmes références numériques sur les figures 3 et 4 sont identiques, et ne seront donc pas décrits plus en détail pour ce convertisseur 32 de la . Selon cette variante de réalisation préférentielle du convertisseur d’énergie 32, le système à cycle thermodynamique 38 est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT. Plus précisément le système à cycle thermodynamique 38 comporte, outre les deux turbocompresseurs 44A, 44B, un refroidisseur intermédiaire 50, un récupérateur de chaleur, et deux chambres de combustion.
Le récupérateur de chaleur et les deux chambres de combustion ne sont pas représentés sur la pour des raisons de clarté. Le récupérateur de chaleur relie la sortie d’une première machine de compression 40A à l’entrée d’une première chambre de combustion. La sortie de la première chambre de combustion est reliée à l’entrée d’une première machine de détente 42A. Une seconde chambre de combustion relie la sortie de la première machine de détente 42A à l’entrée d’une seconde machine de détente 42B. La sortie de la seconde machine de détente 42B est reliée à une entrée du récupérateur de chaleur. Le refroidisseur intermédiaire 50 relie la sortie de la seconde machine de compression 40B à l’entrée de la première machine de compression 40A. Les flèches 40Ae, 40Be, 42Ae et 42Be représentent les arrivées d’air pour respectivement la première machine de compression 40A, la seconde machine de compression 40B, la première machine de détente 42A et la seconde machine de détente 42B. Les flèches 40As, 40Bs, 42As et 42Bs représentent les sorties d’air pour respectivement la première machine de compression 40A, la seconde machine de compression 40B, la première machine de détente 42A et la seconde machine de détente 42B.
En fonctionnement, le convertisseur d’énergie 32 tel que représenté sur la ou 4 opère de la façon suivante : au démarrage, la machine électrique 34 opère en mode moteur pour entraîner les deux turbocompresseurs 44A, 44B. Une fois les turbocompresseurs 44A, 44B en marche et que la puissance délivrée par les machines de détente 42A, 42B dépasse la puissance consommée par les machines de compression 40A, 40B, la machine électrique 34 commute en mode générateur pour produire de l’électricité.
La illustre schématiquement un convertisseur d’énergie 132 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Selon ce deuxième mode de réalisation de l’invention, le convertisseur d’énergie 132 ne comporte qu’un seul système de couplage pneumatique 139.
Le système de couplage pneumatique 139 relie l’axe 148B d’un des turbocompresseurs 144B à l’axe 136 de la machine électrique 134. L’axe 136 de la machine électrique 134 est par ailleurs couplé mécaniquement à l’axe 148A de l’autre turbocompresseur 144A. L’air en sortie de la machine de compression 140A de ce turbocompresseur 144A peut entrer du côté de la machine électrique 134, afin de refroidir celle-ci. En fonctionnement, le convertisseur d’énergie 132 est démarré en entraînant, via la machine électrique 134, le turbocompresseur 144A couplé mécaniquement à la machine électrique 134. L’autre turbocompresseur 144B est également entraîné par la machine électrique 134 lors de l’activation de cette dernière, via le système de couplage pneumatique 139. Par rapport au premier mode de réalisation, le convertisseur d’énergie 132 selon le deuxième mode de réalisation présente l’avantage de ne comporter qu’un seul système de couplage pneumatique 139, ce qui réduit le coût final du convertisseur ainsi que sa complexité.
La illustre schématiquement un convertisseur d’énergie 232 selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Selon ce troisième mode de réalisation de l’invention, le convertisseur d’énergie 232 ne comporte qu’un seul système de couplage pneumatique 239.
Les machines de compression 240A, 240B et les machines de détente 242A, 242B sont réparties entre un premier ensemble 252 et un second ensemble 254. Le premier ensemble 252 comprend deux machines de compression 240A, 240B montées sur un même axe 256. Le second ensemble 254 comprend deux machines de détente 242A, 242B montées sur un même axe 258. Le système de couplage pneumatique 239 relie l’axe 256 du premier ensemble 252 à l’axe 258 du second ensemble 254. La machine électrique 234 est montée sur l’axe 256 du premier ensemble 252 en étant couplée mécaniquement à cet axe 256, et est disposée entre les deux machines de compression 240A, 240B. Chaque ensemble 252, 254 est monté sur un système de palier distinct 260, 262, lui-même monté sur l’axe 256, 258 de l’ensemble 252, 254.
Par rapport aux premier et deuxième modes de réalisation, le convertisseur d’énergie 232 selon le troisième mode de réalisation présente l’avantage de séparer la partie froide (machines de compression 240A, 240B) de la partie chaude (machines de détente 242A, 242B) du système. En outre, du fait que la machine électrique 234 est disposée entre les deux machines de compression 240A, 240B, la thermique de refroidissement de la machine 234 est avantageusement améliorée, sans nécessiter pour cela de dispositif extérieur.
La illustre schématiquement un convertisseur d’énergie 332 selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. Selon ce quatrième mode de réalisation de l’invention, le convertisseur d’énergie 332 ne comporte qu’un seul système de couplage pneumatique 339.
La machine électrique 334 est montée sur l’axe 358 du second ensemble 354 en étant couplée mécaniquement à cet axe 358, et est disposée entre les deux machines de détente 342A, 342B.
La illustre schématiquement un convertisseur d’énergie 432 selon un cinquième mode de réalisation de l’invention. Selon ce cinquième mode de réalisation de l’invention, le convertisseur d’énergie 432 ne comporte qu’un seul système de couplage pneumatique 439.
La machine électrique 434 est disposée entre le premier ensemble 452 et le second ensemble 454. Le système de couplage pneumatique 439 relie l’axe 436 de la machine électrique 434 à l’axe 456 du premier ensemble 452. En variante non représentée, le système de couplage pneumatique 439 peut relier l’axe 436 de la machine électrique 434 à l’axe 458 du second ensemble 454. De préférence, dans ce cinquième mode de réalisation, la machine électrique 434 est munie d’un circuit de refroidissement (non représenté sur la ). Un tel circuit permet de refroidir la machine électrique 434. Par rapport aux troisième et quatrième modes de réalisation, le convertisseur d’énergie 432 selon le cinquième mode de réalisation présente l’avantage de réduire la flexion dans les axes 456, 458 des premier et second ensembles 452, 454.
Dans les différents modes de réalisation illustrés sur les figures 3 à 8, les machines de compression, les machines de détente sont disposées de manière coaxiale par rapport à la machine électrique. Ceci permet de simplifier l’intégration du convertisseur d’énergie. Cependant, l’invention s’applique de la même manière pour toute autre disposition des machines de compression et des machines de détente vis-à-vis de la machine électrique. Par exemple, un autre mode de réalisation de l’invention (non représenté sur les figures) peut consister en trois ou quatre turbocompresseurs (comportant chacun une machine de compression et une machine de détente), tous disposés autour de la machine électrique, et reliés chacun à cette dernière via un système de couplage pneumatique distinct.
Claims (10)
- Convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432), de type turbogénérateur, comprenant une machine électrique (34 ;134 ;234 ;334 ;434) munie d’un axe (36 ;136 ;236 ;336 ;436), et un système à cycle thermodynamique (38 ;138 ;238 ;338 ;438) comprenant au moins deux machines de compression (40A, 40B ;140A, 140B ;240A, 240B ;340A, 340B ;440A, 440B) et au moins deux machines de détente (42A, 42B ;142A, 142B ;242A, 242B ;342A, 342B ;442A, 442B) de type turbines, l’axe (36 ;136 ;236 ;336 ;436) de la machine électrique (34 ;134 ;234 ;334 ;434) étant relié ou couplé à au moins une desdites machines de compression (40A, 40B ;140A, 140B ;240A, 240B ;340A, 340B ;440A, 440B) ou machines de détente (42A, 42B ;142A, 142B ;242A, 242B ;342A, 342B ;442A, 442B), caractérisé en ce que ledit convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432) comporte en outre au moins un système de couplage pneumatique (39 ;139 ;239 ;339 ;439) reliant deux machines choisies parmi le groupe consistant en la machine électrique (34 ;134 ;234 ;334 ;434), les machines de compression (40A, 40B ;140A, 140B ;240A, 240B ;340A, 340B ;440A, 440B) et les machines de détente (42A, 42B ;142A, 142B ;242A, 242B ;342A, 342B ;442A, 442B).
- Convertisseur d’énergie (32 ;132) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système à cycle thermodynamique (38 ;138) comprend deux turbocompresseurs (44A, 44B ;144A, 144B), chaque turbocompresseur (44A, 44B ;144A, 144B) comprenant un axe (48A, 48B ;148A, 148B) relié ou couplé à l’axe (36 ;136) de la machine électrique (34 ;134), une machine de compression (40A, 40B ;140A, 140B) montée sur ledit axe (48A, 48B ;148A, 148B), et une machine de détente (42A, 42B ;142A, 142B) de type turbine montée sur ledit axe (48A, 48B ;148A, 148B), et en ce que le ou chaque système de couplage pneumatique (39 ;139) relie l’axe (48A, 48B ;148A, 148B) d’un turbocompresseur (44A, 44B ;144A, 144B) à l’axe (36 ;136) de la machine électrique (34 ;134).
- Convertisseur d’énergie (32 ;132) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte un seul système de couplage pneumatique (139), ledit système de couplage pneumatique (139) reliant l’axe (148B) d’un premier turbocompresseur (144B) à l’axe (136) de la machine électrique (134), l’axe (136) de la machine électrique (134) étant par ailleurs couplé mécaniquement à l’axe (148A) d’un second turbocompresseur (144A).
- Convertisseur d’énergie (32 ;132) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu’il comporte en outre, pour chaque turbocompresseur (44A, 44B ;144A, 144B), un système de paliers (46A, 46B ;146A, 146B) propre au turbocompresseur (44A, 44B ;144A, 144B), sur lequel est monté ledit turbocompresseur (44A, 44B ;144A, 144B).
- Convertisseur d’énergie (232 ;332) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les machines de compression (240A, 240B ;340A, 340B) et les machines de détente (242A, 242B ;342A, 342B) sont réparties entre un premier ensemble (252 ;352) comprenant lesdites deux machines de compression (240A, 240B ;340A, 340B) montées sur un même premier axe (256 ;356), et un second ensemble (254 ;354) comprenant lesdites deux machines de détente (242A, 242B ;342A, 342B) montées sur un même second axe (258 ;358), le système de couplage pneumatique (239 ;339) reliant l’axe (256 ;356) du premier ensemble (252 ;352) à l’axe (258 ;358) du second ensemble (254 ;354), et en ce que la machine électrique (234 ;334) est montée sur l’axe (256) du premier ensemble (252) ou sur l’axe (358) du second ensemble (354), ledit axe (256 ;358) étant couplé mécaniquement à l’axe (236 ;336) de la machine électrique (234 ;334), la machine électrique (234 ;334) étant disposée entre deux machines de compression (240A, 240B), ou entre deux machines de détente (342A, 342B).
- Convertisseur d’énergie (432) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les machines de compression (440A, 440B) et les machines de détente (442A, 442B) sont réparties entre un premier ensemble (452) comprenant deux machines de compression (440A, 440B) montées sur un même premier axe (456), et un second ensemble (454) comprenant deux machines de détente (442A, 442B) montées sur un même second axe (458), et en ce que la machine électrique (434) est disposée entre le premier ensemble (452) et le second ensemble (454), le système de couplage pneumatique (439) reliant l’axe (436) de la machine électrique (434) à l’axe (456) du premier ensemble (452) ou à l’axe (458) du second ensemble (454).
- Convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les machines de compression (40A, 40B ;140A, 140B ;240A, 240B ;340A, 340B ;440A, 440B) et les machines de détente (42A, 42B ;142A, 142B ;242A, 242B ;342A, 342B ;442A, 442B) sont des machines radiales.
- Convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le système à cycle thermodynamique (38 ;138 ;238 ;338 ;438) est un système à cycle thermodynamique turbine à gaz à récupération et réchauffement intermédiaires et à refroidissement intermédiaire du type IRReGT, le système à cycle thermodynamique (38 ;138 ;238 ;338 ;438) comportant en outre deux chambres de combustion, un récupérateur de chaleur et un refroidisseur intermédiaire (50) reliant les deux machines de compression.
- Véhicule, notamment automobile, comprenant un convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432), caractérisé en ce que le convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432) est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8.
- Véhicule selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’il comporte en outre un système de stockage d’énergie électrique, du type comportant une ou plusieurs batteries de stockage, le convertisseur d’énergie (32 ;132 ;232 ;332 ;432) étant relié au système de stockage d’énergie électrique.
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR981132A (fr) * | 1949-02-21 | 1951-05-22 | Parsons C A & Co Ltd | Turbine à combustion interne |
| DE3137599A1 (de) * | 1980-09-29 | 1982-05-19 | Kronogård, Sven-Olof, Prof., 23400 Lomma | Gasturbinentriebwerk |
| RU2508460C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
| FR3101378A1 (fr) * | 2019-09-30 | 2021-04-02 | Psa Automobiles Sa | Systeme thermodynamique de production d’energie electrique comportant une turbomachine et une machine mettant en oeuvre la vapeur d’eau |
-
2021
- 2021-04-12 FR FR2103706A patent/FR3121708B1/fr active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR981132A (fr) * | 1949-02-21 | 1951-05-22 | Parsons C A & Co Ltd | Turbine à combustion interne |
| DE3137599A1 (de) * | 1980-09-29 | 1982-05-19 | Kronogård, Sven-Olof, Prof., 23400 Lomma | Gasturbinentriebwerk |
| RU2508460C1 (ru) * | 2012-07-10 | 2014-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Космическая энергетическая установка с машинным преобразованием энергии |
| FR3101378A1 (fr) * | 2019-09-30 | 2021-04-02 | Psa Automobiles Sa | Systeme thermodynamique de production d’energie electrique comportant une turbomachine et une machine mettant en oeuvre la vapeur d’eau |
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