FR3129379A1 - Dispositif de production d’énergie électrique à rendement amélioré - Google Patents
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Abstract
Dispositif de production d’énergie électrique comprenant : une première boucle de circulation d’un premier élément diphasique comportant au moins une première structure d’évaporation (2) fluidiquement connectée à une première structure de condensation (3) ; une deuxième boucle de circulation d’un deuxième élément diphasique comportant une deuxième structure d’évaporation (4) fluidiquement connectée à au moins une deuxième structure de condensation (5), la température d’évaporation du deuxième élément diphasique étant inférieure à la température d’évaporation du premier élément diphasique ; et un ensemble d’éléments thermoélectriques (8) comportant une première face (8a) connectée à la première structure de condensation (3) et une deuxième face (8b) connectée à la deuxième structure d’évaporation (4). Figure pour l’abrégé : Fig 1
Description
La présente invention concerne, de manière générale, la production d’énergie électrique.
Plus particulièrement, l’invention se rapporte à un dispositif de production d’énergie électrique ainsi qu’un turboréacteur d’aéronef comportant un tel dispositif de production d’énergie électrique.
Etat de la technique
A ce jour, la production d’électricité à bord d’un aéronef est effectuée à partir de structures dévolues à cette tâche qui convertissent de l’énergie mécanique, fournie initialement par un mouvement de rotation de l’axe des rotors du moteur, en énergie électrique.
Un aéronef intègre au moins deux structures génératrices d’énergie électrique principales. D’une part, le groupe auxiliaire de puissance (APU), logé à l’arrière de l’aéronef, permet le démarrage des réacteurs lors de la phase de décollage. D’autre part, les générateurs entraînés par la rotation des turbines produisent l’énergie électrique nécessaire au fonctionnement de l’ensemble des organes de l’aéronef durant la phase de roulage et de vol.
L’aéronef dispose également d’au moins une structure génératrice électrique secondaire. Un alternateur produit de l’énergie électrique destinée au calculateur dit FADEC pour les termes anglais « Full Automatic Digital Engine Control », chargé du contrôle du moteur.
L’usage d’une génératrice d’énergie électrique montée sur l’arbre de transmission du moteur complexifie la structure de l’arbre de transmission et augmente la masse de l’ensemble propulsif dans la nacelle.
De plus, l’entraînement mécanique de la génératrice prélève une partie de l’énergie propulsive au moteur et la sureté de l’approvisionnement électrique ne repose que sur une seule génératrice soumise à l’usure mécanique.
Par ailleurs, il existe des générateurs thermoélectriques, dit TEG pour ThermoElectric Generators en langue anglaise, convertissant de l’énergie thermique en énergie électrique. Les éléments thermoélectriques qui le composent permettent de générer une différence de potentiel électrique à partir d’un gradient de température par effet Seebeck.
Les éléments thermoélectriques nécessitent donc une différence de température entre une face chaude et une face froide de la portion sur lesquelles ils sont disposés.
Une solution existante consiste notamment à intégrer des éléments thermoélectriques sur une portion de la nacelle soumise à un gradient de température afin de transformer une partie de la chaleur générée par le moteur en électricité.
Cependant, le pont thermique occasionné par leur installation sur des zones à proximité du moteur peut altérer la performance de ce dernier.
De plus, la plage de température à laquelle ils sont soumis n’est pas optimale. Les éléments thermoélectriques expriment un rendement maximum sur une plage de température restreinte. Au-delà de cette plage, le rendement chute fortement. La plage de température du moteur durant ses différentes phases d’exploitation varie de telle sorte que les éléments thermoélectriques sont rarement utilisés sur la plage optimum.
Le placement en surface des zones candidates nécessite, en outre, un grand nombre d’éléments thermoélectriques et induit, non seulement un surcoût, mais aussi un surpoids inadapté à un usage dans le domaine aérospatial.
L’invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients et de proposer un dispositif permettant d’exploiter l’énergie thermique résultant du fonctionnement d’un moteur, notamment d’aéronef, pour la production d’énergie électrique à partir d’éléments thermoélectriques avec un rendement amélioré.
Il est donc proposé un dispositif de production d’énergie électrique comprenant :
une première boucle de circulation d’un premier élément diphasique comportant au moins une première structure d’évaporation fluidiquement connectée à une première structure de condensation ;
une deuxième boucle de circulation d’un deuxième élément diphasique comportant une deuxième structure d’évaporation fluidiquement connectée à au moins une deuxième structure de condensation, la température d’évaporation du deuxième élément diphasique étant inférieure à la température d’évaporation du premier élément diphasique ; et
un ensemble d’éléments thermoélectriques comportant une première face connectée à la première structure de condensation et une deuxième face connectée à la deuxième structure d’évaporation.
Selon un mode de réalisation, la première boucle de circulation est formée par une première enceinte fermée ou chambre à vapeur comportant les premières structures d’évaporation et de condensation.
Selon un autre mode de réalisation, la deuxième boucle de circulation est formée par une deuxième enceinte fermée ou chambre à vapeur comportant les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation.
Selon un autre mode de réalisation, la première boucle de circulation est formée par une première enceinte fermée ou chambre à vapeur comportant les premières structures d’évaporation et de condensation et la deuxième boucle de circulation est formée par une deuxième enceinte fermée ou chambre à vapeur comportant les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation.
Dans un mode de réalisation, la première structure d’évaporation et la première structure de condensation sont connectées par un ou plusieurs caloducs.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième structure d’évaporation et la deuxième structure de condensation sont connectées par un ou plusieurs caloducs.
Dans un autre mode de réalisation, la première structure d’évaporation et la première structure de condensation sont connectées par un ou plusieurs caloducs et la deuxième structure d’évaporation et la deuxième structure de condensation sont également connectées par un ou plusieurs caloducs.
Avantageusement, au moins un des caloducs peut comprendre du carbone graphène.
Dans un mode de réalisation, la première boucle de circulation comporte au moins une pompe pour la circulation du premier élément diphasique entre la première structure d’évaporation et la première structure de condensation.
Dans un autre mode de réalisation, la deuxième boucle de circulation comporte au moins une pompe pour la circulation du deuxième élément diphasique entre la deuxième structure d’évaporation et la deuxième structure de condensation.
Dans un autre mode de réalisation, la première boucle de circulation comporte au moins une pompe pour la circulation du premier élément diphasique entre la première structure d’évaporation et la première structure de condensation, et la deuxième boucle de circulation comporte également au moins une pompe pour la circulation du deuxième élément diphasique entre la deuxième structure d’évaporation et la deuxième structure de condensation.
De préférence, la deuxième structure de condensation est rotative.
De préférence encore, les parois internes de la deuxième structure de condensation comportent une nappe capillaire.
L’invention concerne également un turboréacteur pour aéronef comprenant au moins un dispositif de production d’énergie électrique comme précédemment décrit, la première structure d’évaporation étant connectée à une première source de chaleur formée par une première zone du turboréacteur et la deuxième structure de condensation étant connectée à une deuxième source de chaleur formée par une deuxième zone du turboréacteur de température inférieure à la température de la première source de chaleur du turboréacteur.
Selon un mode de réalisation, la première structure d’évaporation peut être un déflecteur d’air d’un premier étage du compresseur basse pression comportant une pluralité d’ailettes comportant chacune un passage pour la circulation du premier élément diphasique.
Selon un mode de réalisation, la première structure de condensation et/ou la deuxième structure d’évaporation peut comporter une ou plusieurs alvéoles, chaque alvéole comportant une pluralité d’ailettes.
Selon un mode de réalisation, la deuxième structure de condensation peut être un déflecteur d’air en aval d’une soufflante du turboréacteur, et peut comporter une pluralité d’ailettes comportant chacune un passage pour la circulation du deuxième élément diphasique.
L’invention se rapporte également à un aéronef comportant au moins un turboréacteur comme décrit précédemment.
D’autres buts, avantages et caractéristiques ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
Par ailleurs, l’expression « au moins un » utilisée dans la présente description est équivalente à l’expression « un ou plusieurs ».
Exposé détaillé d’un mode de réalisation
La illustre schématiquement un dispositif de production d’énergie électrique 1 pour la conversion d’énergie thermique en énergie électrique.
Selon un mode de réalisation, l’énergie thermique convertie en énergie électrique par le dispositif de production d’énergie électrique 1 peut être produite par un turboréacteur d’aéronef.
Le dispositif de production d’énergie électrique 1 comprend une première boucle de circulation pour la circulation d’un premier élément diphasique et une deuxième boucle de circulation pour la circulation d’un deuxième élément diphasique.
Par élément diphasique, on entend dans la présente invention un élément caloporteur, par exemple un fluide diphasique.
Dans l’exemple illustré, l’élément diphasique est un fluide diphasique caloporteur, présent en phase en vapeur et en phase liquide.
En variante, on pourra prévoir que l’élément diphasique soit présent en phase solide ou encore de sublimation.
La première boucle de circulation comprend une première structure d’évaporation 2 et une première structure de condensation 3 fluidiquement connectées.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que la première structure de condensation 3 soit fluidiquement connectée à une pluralité de premières structures d’évaporation 2.
De plus, la deuxième boucle de circulation comprend une deuxième structure d’évaporation 4 et une deuxième structure de condensation 5 fluidiquement connectées.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que la une deuxième structure d’évaporation 4 soit fluidiquement connectée à une pluralité de deuxièmes structures de condensation 5.
La première boucle de circulation est connectée à au moins une première source de chaleur dite source chaude 6 et la deuxième boucle de circulation est connectée à au moins une deuxième source de chaleur de température, inférieure à la température de la source chaude 6, dite source froide 7.
L’emplacement de la source chaude 6 et de la source froide 7 peut varier.
Selon un mode de réalisation, la première structure d’évaporation 2 peut être connectée à une première zone d’un turboréacteur d’aéronef formant la source chaude 6 et la deuxième structure de condensation 5 peut être connectée à une deuxième zone du turboréacteur d’aéronef, soumise à une température inférieure à la première zone, formant la source froide 7.
En outre, le dispositif de production d’énergie électrique 1 comprend un ensemble d’éléments thermoélectriques 8, également nommés ThermoElectric Generators (TEG) en langue anglaise.
Dans l’exemple illustré, l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 se présentent sous la forme d’une matrice comportant une pluralité de cellules TEG abritées par une structure parallélépipédique.
Une première face 8a de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 est connectée à la première structure de condensation 3 de la première boucle de circulation.
Une deuxième face 8b opposée à la première face 8a, dite face froide 8b, est connectée à la deuxième structure d’évaporation 4 de la deuxième boucle de circulation.
La température d’évaporation du deuxième élément diphasique est inférieure à la température d’évaporation du premier élément diphasique de sorte qu’un gradient de température peut être formé entre les première et deuxième faces 8a et 8b de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8. La première face 8a est nommée face chaude 8a et la deuxième face 8b, soumise à une température inférieure est nommée face froide 8b.
Avantageusement, les premier et deuxième éléments diphasiques peuvent être choisis en fonction de leur température d’évaporation de sorte que la différence entre les températures d’évaporation des premier et deuxième éléments diphasiques soit égale à la différence de température entre la face chaude 8a et la face froide 8b pour un fonctionnement optimal des éléments thermoélectriques 8.
Par le choix des premier et deuxième élément diphasiques, il est possible de maintenir un gradient thermique aux bornes de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 1 adéquat pour un fonctionnement optimal de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 1 et un rendement résultant amélioré.
De préférence, la première structure d’évaporation 2 peut être raccordée à la première structure de condensation 3 de manière étanche par au moins un premier caloduc 9.
De manière similaire, la deuxième structure d’évaporation 4 peut être raccordée à la deuxième structure de condensation 5 de manière étanche par au moins un deuxième caloduc 10.
Dans l’exemple illustré, chaque premier ou deuxième caloduc 9, 10 est un tuyau adiabatique au sein duquel les phases vapeur et liquide de l'élément diphasique qu’il achemine demeurent en équilibre.
Les premier et deuxième caloducs 9, 10 permettent de transmettre un flux thermique important avec un faible gradient de température. De plus, l’utilisation de caloducs permet d’exploiter les sources de chaleurs des zones les plus favorables disposées à distance de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8.
Selon un mode de réalisation, la première structure d’évaporation 2 peut être raccordée à la première structure de condensation 3 par une pluralité de premiers caloducs 9 de façon à maximiser l’échange thermique entre la première structure d’évaporation 2 et la première structure de condensation 3. Ceci maximise le flux thermique transmis à l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 qui peut être concentré sur une petite surface, diminuant significativement le nombre et le poids du dispositif de production d’énergie électrique 1.
De manière similaire, la deuxième structure d’évaporation 4 peut être raccordée à la deuxième structure de condensation 5 par une pluralité de deuxièmes caloducs 10 de façon à maximiser l’échange thermique entre la deuxième structure d’évaporation 4 et la deuxième structure de condensation 5.
Une pluralité de premières structures d’évaporation 2 peuvent être raccordées à la première structure de condensation 3 par une pluralité de premiers caloducs 9 de façon à pouvoir exploiter une pluralité de sources chaudes 6 localisées dans différentes zones, par exemple, d’un turboréacteur d’aéronef.
De manière similaire, une pluralité de deuxièmes structures de condensation 5 peuvent être raccordées à la deuxième structure d’évaporation 4 par une pluralité de deuxièmes caloducs 10 de façon à pouvoir exploiter une pluralité de sources froides 7.
De préférence, les premiers et deuxièmes caloducs 9 et 10 sont formés en carbone graphène permettant un gain de poids et d’efficacité.
L’énergie thermique de la source chaude 6 augmente la température du premier élément diphasique en phase liquide jusqu’à son point d’ébullition.
La vapeur du premier élément diphasique produite lors de l’ébullition est acheminée par le premier caloduc 9 jusqu’à la première structure de condensation 3 où la vapeur entre en contact avec la face chaude 8a de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8.
Au contact de la face chaude 8a, la vapeur se condense, engendrant un transfert thermique du premier élément diphasique vers la face chaude 8a de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8, puis revient par capillarité en suivant le chemin inverse le long du premier caloduc 9 jusqu’à la première structure d’évaporation 2.
A l’opposé de la face chaude 8a, l’énergie thermique apportée par la face froide 8b de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 augmente la température du deuxième élément diphasique en phase liquide jusqu’à son point d’ébullition.
La vapeur du deuxième élément diphasique produite lors de l’ébullition est acheminée par le deuxième caloduc 10 de la deuxième structure d’évaporation 4 jusqu’à la deuxième structure de condensation 5 où la vapeur se condense au contact de la source froide 7.
La différence entre la température d’ébullition du premier élément diphasique présent dans la première structure d’évaporation 2 et la température d’ébullition du deuxième élément diphasique présent dans la deuxième structure d’évaporation 4 assure une température fixe aux bornes des faces chaude et froide 8a, 8b de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 ainsi positionné sur son point de fonctionnement optimal. Il en résulte un rendement thermodynamique optimal.
Dans un mode de réalisation où le dispositif de production d’énergie électrique 1 est intégré dans un turboréacteur d’aéronef, la température aux bornes de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8 demeure stable, et ceci durant toutes les phases de vol de l’aéronef, quel que soit son régime moteur.
De préférence, la deuxième structure de condensation 5 est rotative. La progression de la phase liquide du deuxième élément diphasique peut être ralentie ou entravée si la disposition de la deuxième structure de condensation 5 et de la deuxième structure d’évaporation 4 l’une par rapport à l’autre ou encore si la structure des deuxièmes caloducs 10 les reliant ne permet pas à la gravité ou à la capillarité d’exercer pleinement leur action. La rotation permet alors de disperser, sous l’action de la force centrifuge, la phase liquide du deuxième élément diphasique se condensant continuellement sur les parois internes de la deuxième structure de condensation 5 afin de lui faire emprunter un chemin de retour exclusif vers la deuxième structure d’évaporation 4.
De préférence encore, les parois internes de la deuxième structure de condensation 5 comportent une nappe capillaire de manière à faciliter le passage de la phase liquide du deuxième élément diphasique selon un chemin de retour exclusif.
Dans un mode de réalisation où le dispositif de production d’énergie électrique 1 est intégré dans un turboréacteur d’aéronef, l’énergie mécanique assurant la rotation de la deuxième structure de condensation 5 peut être prélevée sur une turbine du turboréacteur.
Les figures 3A, 3B et 3C illustrent des variantes du dispositif de production d’énergie électrique 1.
La illustre un dispositif de production d’énergie électrique 1 hybridé dans lequel la première boucle de circulation est formée par une première enceinte fermée 11 comportant les premières structures d’évaporation et de condensation 2 et 3. La première enceinte fermée 11 est une chambre à vapeur, disposée au contact de la source chaude 6, et au sein de laquelle a lieu le passage entre les phases vapeur et liquide du premier élément diphasique. Dans cet exemple, les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation 4 et 5 de la deuxième boucle de circulation sont deux structures indépendantes reliées par exemple par un ou plusieurs caloducs 10.
La illustre un dispositif de production d’énergie électrique 1 hybridé dans lequel la deuxième boucle de circulation est formée par une deuxième enceinte fermée 12 comportant les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation 4 et 5. La deuxième enceinte fermée 12 est une chambre à vapeur, disposée au contact de la source froide 7, et au sein de laquelle a lieu le passage entre les phases vapeur et liquide du deuxième élément diphasique. Dans cet exemple, les premières structures d’évaporation et de condensation 2 et 3 de la première boucle de circulation sont deux structures indépendantes reliées par exemple par un ou plusieurs caloducs 9.
La illustre un dispositif de production d’énergie électrique 1 dans lequel la première boucle de circulation est formée par une première enceinte fermée 11 comportant les premières structures d’évaporation et de condensation 2 et 3, et la deuxième boucle de circulation est formée par une deuxième enceinte fermée 12 comportant les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation 4 et 5. Les première et deuxième enceintes fermées 11 et 12 sont des chambres à vapeur, disposée respectivement au contact de la source chaude 6 et de la froide 7. Un tel dispositif de production d’énergie électrique peut être utilisé sur un circuit d’huile ou d’eau et de gaz d’échappement.
On pourra prévoir que la première structure d’évaporation 2 et la première structure de condensation 3 soient formées par une première enceinte fermée 11 ou une chambre à vapeur englobant des carters moteur.
On pourra également prévoir que la deuxième structure d’évaporation 4 et la deuxième structure de condensation 5 soient formées par une deuxième enceinte fermée 12 ou chambre à vapeur placée en bord d’attaque d’aile ou de pilonne moteur.
Par ailleurs, la illustre un dispositif de production d’énergie électrique 1 dans lequel la première structure d’évaporation 2 et la première structure de condensation 3 sont raccordées par au moins un premier caloduc 9.
En outre, la première boucle de circulation du dispositif de production d’énergie électrique 1 illustré à la comporte au moins une pompe 13 pour la circulation du premier élément diphasique entre la première structure d’évaporation 2 et la première structure de condensation 3.
Un mode de recirculation actif des premier et deuxième éléments diphasiques caloporteurs en phase liquide à l’aide d’une pompe permet de s’affranchir des limites de distance habituelles rencontrées dans les caloducs.
Un mode de recirculation actif des premier et deuxième éléments diphasiques caloporteurs en phase vapeur à l’aide d’une pompe peut également être utilisé afin de s’affranchir des limites de distance habituelles rencontrées dans les caloducs.
Dans un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que la deuxième boucle de circulation comporte au moins une pompe pour la circulation du deuxième élément diphasique entre la deuxième structure d’évaporation 4 et la deuxième structure de condensation 5.
On pourra également prévoir que la première et la deuxième boucles de circulation comportent au moins une pompe.
Dans le cas où un fort gradient thermique réside entre la source chaude 6 et la source froide 7, dépassant de plusieurs ordres de grandeur celui de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8, une pluralité de dispositifs de production d’énergie électrique peuvent être connectés en série.
Dans un arrangement en série, deux dispositifs de production d’énergie électrique 1 successifs peuvent être connectés par raccordement de la deuxième structure de condensation 5 de l’un avec la première structure d’évaporation 2 du suivant. Les premiers et deuxièmes éléments diphasiques diffèrent selon le dispositif de production d’énergie électrique 1 de la série et sont choisis de façon à former un gradient de température entre les premier et dernier dispositifs de production d’énergie électrique 1 et maintenir un gradient thermique optimal pour chaque ensemble d’éléments thermoélectriques 1.
La illustre un dispositif de production d’énergie électrique 1 de turboréacteur d’aéronef.
La première structure d’évaporation 2 est connectée à la première source de chaleur 6 formée par une première zone du turboréacteur. La deuxième structure de condensation 5 est connectée à la deuxième source de chaleur 7 formée par une deuxième zone du turboréacteur de température inférieure à la température de la première source de chaleur 6 du turboréacteur.
Dans l’exemple illustré, la première structure d’évaporation 2 est formée par un déflecteur d’air d’un premier étage de compresseur basse pression porté par le turboréacteur. Ceci permet d’abaisser la température ainsi que la densité de l’air sur l’étage du compresseur basse pression. Ce gain de compression se traduit par un gain propulsif du turboréacteur.
Le déflecteur d’air de premier étage de compresseur basse pression illustré comporte une pluralité d’ailettes creuses dont la structure interne forme un passage 14 pour la circulation du premier élément diphasique.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que la première structure d’évaporation 2 soit formée par une tuyère d’évacuation des gaz chauds du turboréacteur.
Dans l’exemple illustré, la première structure de condensation 3 et la deuxième structure d’évaporation 4 comporte une ou plusieurs alvéoles, la structure interne de chaque alvéole comportant une pluralité d’ailettes. Les alvéoles, situées au contact de la face chaude 8a de l’ensemble d’éléments thermoélectriques 8, sont étanches entre elles. La pluralité d’ailettes de chaque alvéole permet d’augmenter la surface d’échange thermique.
De préférence, chaque alvéole est raccordée par un premier caloduc 9 propre à une ailette du déflecteur d’air de premier étage de compresseur basse pression.
Dans l’exemple illustré, la deuxième structure de condensation 5 est formée par un déflecteur d’air disposé en aval d’une soufflante du turboréacteur. Ceci permet d’augmenter le volume d’air en sortie de la soufflante. Le gain de volume résultant se traduit par un gain propulsif.
Le déflecteur d’air disposé en aval de la soufflante illustré comporte une pluralité d’ailettes creuses dont la structure interne forme un passage 15 pour la circulation du deuxième élément diphasique.
Selon un autre mode de réalisation, on pourra prévoir que la deuxième structure de condensation 5 soit formée par une structure d’arrivée de carburant du turboréacteur.
Dans un aéronef, l’énergie électrique produite par le dispositif de production d’énergie électrique 1, peut être utilisée pour alimenter des équipements à bord, remplaçant la source mécanique de production d’énergie électrique tel qu’un alternateur électrique, moins fiable et sujet aux pannes mécaniques.
Le dispositif de production d’énergie électrique 1 convertit l’énergie thermique perdue lors du fonctionnement du turboréacteur en énergie électrique utile.
On pourra prévoir que le dispositif de production d’énergie électrique 1 soit intégré dans une structure différente d’un aéronef.
Par exemple, dans le domaine aérospatial, le dispositif de production d’énergie électrique 1 pourra permettre d’alimenter certains dispositifs embarqués à bord d’un lanceur de la fusée.
La première structure d’évaporation peut être, par exemple, connectée à un point chaud formé par une tuyère de la fusée et, la deuxième structure de condensation 5 pouvant être un carburant ou un comburant à l’état cryogénique.
Dans une centrale nucléaire, le dispositif de production d’énergie électrique 1 peut remplacer des générateurs de secours afin de fournir de l’énergie électrique également en cas d’inondation des installations.
Selon d’autres exemples, le dispositif de production d’énergie électrique 1 peut être utilisés dans le domaine de la géothermie ou encore exploité sur des cheminées industrielles, sur une chaufferie, un incinérateur, un haut fourneau, une torchère etc., pour convertir la chaleur résiduelle d’un conduit de cheminée en énergie électrique.
Claims (12)
- Dispositif de production d’énergie électrique comprenant :
une première boucle de circulation d’un premier élément diphasique comportant au moins une première structure d’évaporation (2) fluidiquement connectée à une première structure de condensation (3) ;
une deuxième boucle de circulation d’un deuxième élément diphasique comportant une deuxième structure d’évaporation (4) fluidiquement connectée à au moins une deuxième structure de condensation (5), la température d’évaporation du deuxième élément diphasique étant inférieure à la température d’évaporation du premier élément diphasique ; et
un ensemble d’éléments thermoélectriques (8) comportant une première face (8a) connectée à la première structure de condensation (3) et une deuxième face (8b) connectée à la deuxième structure d’évaporation (4). - Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la première boucle de circulation est formée par une première enceinte fermée (11) comportant les premières structures d’évaporation et de condensation (2, 3) et/ou la deuxième boucle de circulation est formée par une deuxième enceinte fermée (12) comportant les deuxièmes structures d’évaporation et de condensation (4, 5).
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première structure d’évaporation (2) et la première structure de condensation (3) sont connectées par un ou plusieurs caloducs (9) et/ou la deuxième structure d’évaporation et la deuxième structure de condensation sont connectées par un ou plusieurs caloducs (10).
- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel au moins un des caloducs (9, 10) comprend du carbone graphène.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle la première boucle de circulation comporte au moins une pompe (13) pour la circulation du premier élément diphasique entre la première structure d’évaporation (2) et la première structure de condensation (3) et/ou la deuxième boucle de circulation comporte au moins une pompe pour la circulation du deuxième élément diphasique entre la deuxième structure d’évaporation (4) et la deuxième structure de condensation (5).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la deuxième structure de condensation (5) est rotative.
- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les parois internes de la deuxième structure de condensation (5) comportent une nappe capillaire.
- Turboréacteur pour aéronef comprenant au moins un dispositif de production d’énergie électrique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, la première structure d’évaporation (2) étant connectée à une première source de chaleur (6) formée par une première zone du turboréacteur et la deuxième structure de condensation (5) étant connectée à une deuxième source de chaleur (7) formée par une deuxième zone du turboréacteur de température inférieure à la température de la première source de chaleur (6) du turboréacteur.
- Turboréacteur selon la revendication 8, dans lequel la première structure d’évaporation (2) est un déflecteur d’air d’un premier étage d’un compresseur basse pression comportant une pluralité d’ailettes comportant chacune un passage (14) pour la circulation du premier élément diphasique.
- Turboréacteur selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la première structure de condensation (3) et/ou la deuxième structure d’évaporation (4) comporte une ou plusieurs alvéoles, chaque alvéole comportant une pluralité d’ailettes.
- Turboréacteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la deuxième structure de condensation (5) est un déflecteur d’air en aval d’une soufflante du turboréacteur, et comporte une pluralité d’ailettes comportant chacune un passage (15) pour la circulation du deuxième élément diphasique.
- Aéronef comportant au moins un turboréacteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 11.
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| FR2112525A FR3129379A1 (fr) | 2021-11-25 | 2021-11-25 | Dispositif de production d’énergie électrique à rendement amélioré |
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Citations (5)
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- 2021-11-25 FR FR2112525A patent/FR3129379A1/fr active Pending
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- 2022-11-24 WO PCT/FR2022/052175 patent/WO2023094779A1/fr unknown
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