FR3133433A1 - Dispositif de circulation de fluide, installation et procédé utilisant un tel dispositif. - Google Patents
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Abstract
Dispositif de circulation de fluide comprenant un carter (2) contenant une machine (3) électrique, un circuit (5) de gaz de cycle soumettant le gaz de cycle à un changement entre une pression minimale et une pression maximale, un organe (4) d’entraînement du gaz de cycle accouplé en rotation à la machine (3) électrique, un boîtier (6) de jonction électrique dans lequel transite une circuiterie (8) électrique ayant une extrémité reliée à la machine (3) électrique et une extrémité reliée à un raccord (7) électrique débouchant à l’extérieur, le dispositif (1) comprenant une conduite (15) d’amenée de gaz de cycle reliée à une portion du circuit (5) dans laquelle le gaz de cycle est à une pression supérieure à la pression minimale et avec l’intérieur le boîtier (6) de jonction, le boîtier (6) de jonction comprenant un passage (9) de communication avec l’intérieur du carter (2), la conduite (15) d’amenée, le passage (9) et la conduite (25) de retour étant configurés pour prélever une fraction du gaz de cycle dans le circuit (5) pour le faire circuler dans le boîtier (6) de jonction en vue de refroidir ce dernier avant de retourner dans le circuit (5). Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
L’invention concerne un dispositif de circulation de fluide ainsi qu’une installation et un procédé utilisant un tel dispositif.
L’invention concerne plus particulièrement un dispositif de circulation de fluide notamment pour réfrigérateur ou liquéfacteur cryogénique, comprenant un carter étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif et contenant une machine électrique telle qu’un moteur électrique ou un alternateur, le dispositif comprenant un circuit de gaz de cycle soumettant le gaz de cycle à un changement thermodynamique entre une pression minimale et une pression maximale lorsque le dispositif est en fonctionnement, le dispositif comprenant au moins un organe d’entraînement du gaz de cycle dans le circuit tel qu’une roue de compresseur, ledit organe d’entraînement étant accouplé en rotation à la machine électrique, le dispositif comprenant un boîtier de jonction électrique étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif et dans lequel transite une circuiterie électrique ayant une première extrémité reliée à la machine électrique et une seconde extrémité reliée à au moins un raccord électrique débouchant à l’extérieur du boîtier de jonction et situé à l’extérieur du carter.
L’invention concerne en particulier un système de refroidissement d’une boîte de jonction électrique d’un moteur électrique par un flux de gaz de cycle.
Il peut en effet être nécessaire de refroidir l’enceinte d’approvisionnement électrique (boîtier de jonction) d’un moteur ou turbomachine électrique.
Ce boîtier de jonction est souvent éloigné de la circulation de gaz ou du radiateur à eau de refroidissement de la partie centrale du moteur ou de la turbomachine associé(e).
Dans des solutions connues, ce boîtier est refroidi par convection naturelle, par conduction par les parois de la boîte de jonction. De plus, la gestion de la chaleur est assurée par un dimensionnement du boîtier de jonction et l’augmentation de sa surface avec la température ambiante, du diamètre des câbles et de la taille des bougies ou raccords électriques. Ces mesures augmentent l'encombrement global de la boîte de jonction, son poids, son coût de fabrication, les risques de fuite.
De plus, en raison de sa capacité à tenir la pression, l'épaisseur des parois d’un tel boîtier limite son refroidissement par conduction.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le dispositif comprend une conduite d’amenée de gaz de cycle sous pression comprenant une première extrémité reliée à une portion du circuit dans laquelle le gaz de cycle est à une pression supérieure à la pression minimale et une seconde extrémité communiquant avec l’intérieur le boîtier de jonction, le boîtier de jonction comprenant un passage de communication avec l’intérieur du carter, le circuit de fluide comprenant une conduite de retour du gaz de cycle comprenant une première extrémité communiquant avec l’intérieur du carter et une seconde extrémité reliée au circuit, la conduite d’amenée, le passage et la conduite de retour étant configurés pour prélever une fraction du gaz de cycle s’écoulant dans le circuit pour le faire circuler dans le boîtier de jonction en vue de refroidir ce dernier avant de retourner dans le circuit.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la première extrémité de la conduite d’amenée est reliée au circuit en aval d’une sortie d’un organe d’entraînement,
- la seconde extrémité de la conduite d’amenée débouche dans le carter et/ou dans le boîtier de jonction,
- la première extrémité de la conduite de retour débouche dans le carter et/ou dans le boîtier de jonction,
- la seconde extrémité de la conduite de retour est reliée au circuit en amont d’une entrée d’un organe d’entraînement,
- le dispositif comprend un organe de régulation de débit du fluide circulant dans la conduite d’amenée,
- l’organe de régulation de débit comprend au moins l’un parmi : une vanne, un orifice calibré,
- le circuit de fluide comprend un organe de refroidissement du flux de fluide tel qu’un échangeur de chaleur disposé entre une sortie de l’organe de circulation et la première extrémité de la conduite de dérivation,
- le passage et une première extrémité de la conduite de retour sont situés à des extrémités opposées du boîtier de jonction,
- la circuiterie électrique qui transite dans le boîtier de jonction comprend un ensemble de câble(s) électrique(s), le passage comprenant un orifice de communication entre l’intérieur du boîtier de jonction et l’intérieur du carter et au travers duquel s’étend l’ensemble de câble(s),
- le dispositif comprend au moins deux carters distincts contenant chacun une machine électrique pour entraîner des organes d’entraînements respectifs, chaque machine électrique étant munie d’un boîtier de jonction électrique respectif communiquant avec le carter via un passage, le dispositif comprenant au moins deux conduites d’amenée de gaz de cycle sous pression comprenant chacune une première extrémité reliée à une portion du circuit dans laquelle le gaz de cycle est à une pression supérieure à la pression minimale et une seconde extrémité communiquant avec l’intérieur d’un boîtier de jonction correspondant,
- la première extrémité d’une première conduite d’amenée au carter d’une première machine électrique est reliée au circuit de fluide en aval de la sortie d’un premier organe d’entrainement, le dispositif comprenant une conduite de transfert ayant une première extrémité reliée au carter de la première machine électrique et une seconde extrémité débouchant dans le boîtier de jonction de la seconde machine électrique, le dispositif comprenant une conduite de retour comprenant une première extrémité communiquant avec le second carter et une seconde extrémité reliée au circuit, la première conduite d’amenée, la conduite de transfert, les passages et la conduite de retour étant configurés pour prélever une fraction du flux fluide s’écoulant dans le circuit de fluide pour le faire circuler en série dans les boîtiers de jonction en vue de refroidir ces derniers avant de retourner dans le circuit,
- le dispositif comporte deux conduites d’amenée ayant de premières extrémités reliée au circuit et de secondes extrémités communiquant en parallèle respectivement avec les deux boîtiers de jonction et/ou avec les deux carters,
- les premières extrémités des deux conduites d’amenée sont reliées à une même portion du circuit.
L’invention concerne également une installation de réfrigération et/ou de liquéfaction comprenant un réfrigérateur comportant un circuit travail d’un gaz de cycle, ledit circuit comprenant, disposés en série, au moins un étage de compression du gaz de cycle, au moins un organe de refroidissement du gaz de cycle, au moins un étage de détente du gaz de cycle et un au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle, l’installation comprenant un dispositif de circulation selon l’une quelconque des caractéristique ci-dessus ou ci-dessous dans laquelle l’organe d’entrainement comprend une roue de compresseur formant un étage de compression.
Selon d’autres particularités possibles :
- le au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle comprend un échangeur de chaleur en échange thermique avec un élément à refroidir, par exemple un flux de fluide,
- le gaz de cycle comprend au moins l’un parmi : de l’azote, de l’hélium, de l’hydrogène, de l’argon, du néon.
L’invention concerne également un procédé de refroidissement d’un boîtier de jonction électrique d’un moteur électrique d’un dispositif de circulation conforme à l’une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous ou d’une installation précitée, le procédé comprenant une étape de prélèvement d’une fraction du flux fluide s’écoulant dans le circuit de fluide et de mise en circulation de cette fraction de fluide dans le boîtier de jonction en vue de refroidir ce dernier puis une étape de renvoi de cette fraction de fluide dans le circuit de fluide.
Selon d’autres particularités possibles :
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
Le dispositif 1 de circulation de fluide illustré à titre d’exemple à la est de préférence destiné à être utilisé dans un réfrigérateur ou liquéfacteur cryogénique utilisant un gaz de cycle. Bien entendu il pourrait être utilisé dans d’autres dispositifs tels qu’un appareil de compression par exemple (notamment compresseur non cryogénique).
Le dispositif 1 comprend un carter 2 étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif et contenant un moteur 3 électrique, au moins un organe 4 d’entrainement de fluide tel qu’une roue de compresseur montée sur un arbre 20 entraîné en rotation par le moteur 3 électrique pour former un étage de compression du gaz de cycle. Le dispositif 1 comprend un circuit 5 de gaz de cycle et comprenant une portion aval reliée à une sortie de l’organe 4 d’entrainement (sortie de l’étage de compression par exemple).
Le dispositif 1 comprend un boîtier 6 de jonction électrique étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif et dans lequel transite une circuiterie 8 électrique. Le boîtier 6 de jonction est par exemple monté sur ou solidaire du carter 2. Par exemple le boîtier 6 de jonction est un boîtier distinct du carter 2 et communiquant avec le carter 2 via un ou plusieurs passage(s) ou orifice(s). De même au moins une partie des parois délimitant le boîtier 8 de jonction peut être commune et confondue avec une partie d’au moins une parois délimitant le carter 2.
La circuiterie 8 électrique a une première extrémité reliée au moteur 3 (via un passage 9 au travers du boîtier 6 et carter 2 ou autre) et une seconde extrémité reliée à au moins un raccord 7 électrique débouchant à l’extérieur du boîtier 6 de jonction. Le raccord 7 électrique est typiquement situé à l’extérieur du carter 2 (et du dispositif 1 le cas échéant).
Comme illustré, la circuiterie 8 électrique qui transite dans le boîtier 6 de jonction peut comprendre un ensemble de câble(s) électrique(s). Ces câbles peuvent être raccordé à au moins un raccord 7, par exemple de type mâle, qui est monté et fait saillie par exemple sur une paroi ou couvercle qui referme de façon étanche le boîtier 6 (par exemple via un ensemble de fixation à vis ou goujon et un système d’étanchéité cf. ). Par exemple le ou les raccords 7 sont entourés d’une paroi de protection. Le raccord 7 forme ainsi une jonction électrique qui est extérieure au dispositif 1 et notamment à température ambiante tandis que l’intérieur du boîtier 6 de jonction contient une atmosphère protégée de l’extérieur, par exemple un volume gazeux à composition et pression déterminée.
Le circuit 5 comprend une conduite 15 d’amenée comprenant une première extrémité reliée à une portion du circuit 5 dans laquelle le gaz de travail n’est pas à sa pression minimale dans le circuit 5 (typiquement en aval d’un étage de compression) et une seconde extrémité débouchant dans le boîtier 6 de jonction.
Le boîtier 6 de jonction comprend en outre au moins un passage 9 de communication avec l’intérieur du carter 2 du moteur. Le cas échéant tout ou partie de la circuiterie électrique (câbles…) peut passer via ce passage 9 comme schématisé à la .
Le circuit 5 comprend une conduite 25 de retour comprenant une première extrémité communiquant avec l’intérieur du carter 2 et une seconde extrémité reliée au circuit 5, dans une portion du circuit dans laquelle le gaz de travail n’est pas à sa pression maximale, notamment à une pression égale ou supérieure à la pression minimale, par exemple en amont de l’organe 4 de compression. La conduite 15 d’amenée, le passage 9 et la conduite 25 de retour sont ainsi configurés pour prélever une fraction du flux de gaz de travail sous pression s’écoulant dans le circuit 5 pour le faire circuler dans le boîtier 6 de jonction en vue de refroidir ce dernier avant de retourner dans le circuit 5.
Ceci permet de refroidir l’enceinte d’approvisionnement électrique (boîtier 6 de jonction) d’un moteur 3 ou d’une turbomachine par exemple à l’aide d’un débit de gaz de cycle sous pression mis en circulation dans la partie hermétique (ou semi-hermétique) d’un boîtier 6 de jonction. Ce débit de fluide peut être permis par l’apport et l’extraction de gaz (ou liquide) au travers de tuyauteries, cavités usinées et ou de passages de câbles par exemple.
En particulier, comme illustré à la , le passage 9 peut comprendre un orifice de communication entre l’intérieur du le boîtier 6 de jonction et l’intérieur du carter 2 et au travers duquel transite l’ensemble de câble(s).
De préférence, le passage 9 et la première extrémité de la conduite 25 de retour qui débouche dans le boîtier 6 de jonction sont situés à des extrémités opposées du boîtier 6 de jonction pour favoriser ainsi un brassage et un refroidissement efficace par le flux de fluide de cycle.
L'entraînement de ce débit de fluide de refroidissement peut être réalisé par une perte de charge dynamique entre le point d’injection et de décharge du moteur ou des tuyauteries s’y connectant.
Comme illustré, de préférence, le circuit 5 peut comprendre un organe 11 de régulation de débit du fluide circulant dans la conduite 15 de dérivation, par exemple une vanne, un orifice calibré ou tout autre organe approprié (vanne pilotée par exemple). L’organe 11 de régulation de débit peut être disposé sur le la conduite 15 d’amenée.
Comme illustré, le circuit 5 peut comprendre avantageusement un organe 12 de refroidissement du flux de fluide tel qu’un échangeur de chaleur disposés de préférence entre l’organe 4 de circulation (étage de compression) et la première extrémité de la conduite 15 d’amenée. Cet organe 12 de refroidissement peut être un échangeur de chaleur de refroidissement disposé classiquement en sortie d’un étage de compression pour refroidir le flux de gaz de cycle comprimé (par échange de de chaleur avec un caloporteur, tel que de l’eau ou autre fluide par exemple).
Le dispositif 1 de circulation de fluide illustré à titre d’exemple à la est un moto-turbo compresseur comprenant une roue de compression et une turbine 16 montés sur l’arbre 20 du moteur 3. Bien entendu ceci n’est qu’un exemple non limitatif car l’invention pourrait s’appliquer à un simple moto compresseur (moteur entraînant une seule ou plusieurs roues de compression) ou tout autre agencement (une ou plusieurs roues de compression et une ou plusieurs turbines).
La décrit un exemple de mise en œuvre dans un réfrigérateur ou liquéfacteur produisant une puissance froide en soumettant un gaz de cycle à un cycle thermodynamique dans un circuit de travail.
Le circuit 5 de travail peut comporter, disposés en série, au moins un étage 4 de compression du gaz de cycle, au moins un organe 12, 14 de refroidissement du gaz de cycle (échangeur(s) de chaleur par exemple), au moins un étage 16 de détente du gaz de cycle (turbine(s) ou vanne(s) par exemple) et un au moins un organe 17, 14 de réchauffage du gaz de cycle (échangeur(s) de chaleur par exemple). L’organe 4 de compression (au moins un étage) peut comporter un dispositif 1de circulation du type précité.
Un échangeur de chaleur 12 de refroidissement du gaz de cycle en sortie de l’étage de compression peut assurer le refroidissement du gaz de cycle qui sera utilisé pour refroidir le boîtier 6 de jonction.
Le refroidissement et réchauffage du gaz de cycle peuvent être assurés par au moins un échangeur 14 de chaleur à contre-courant recevant un flux de gaz de cycle à des températures distinctes dans le cycle. A son extrémité la plus froide dans le cycle, le gaz de cycle peut être réchauffé en cédant ses frigories par échange thermique avec un organe à refroidir dans un échangeur 17 de chaleur (flux 13 de fluide à refroidir ou à liquéfier par exemple).
L’invention peut s’appliquer à un dispositif (réfrigérateur ou autre) comportant plusieurs moteurs 3 ayant chacun un boîtier 6 de jonction électrique. Tout ou partie des moteurs peut comporter un système de refroidissement respectif du type décrit ci-dessus. En variante ou en combinaison, des moteurs peuvent partager ou mutualiser tout ou partie du système de refroidissement décrit ci-dessus.
Dans l’exemple non limitatif de la , l’installation 10 de réfrigération/liquéfaction comprend deux moteurs 3 et les deux boîtiers 6 de jonctions correspondants sont refroidis par un même flux de gaz de cycle. Le dispositif comprend dans cet exemple un étage de détente (une turbine 16).
Plus précisément, chaque moteur 3 est muni d’un boîtier 6 de jonction électrique respectif communiquant avec le carter 2 correspondant via un passage 9. La conduite 15 d’amenée comprend une première extrémité reliée au circuit 5, par exemple au niveau d’une portion en aval de l’organe 4 d’entrainement d’un premier moteur 3 (par exemple à la sortie du second étage de compression du gaz de cycle).
Le dispositif 1 comprend une conduite 35 de transfert ayant une première extrémité reliée au carter 2 du premier moteur 3 et une seconde extrémité débouchant dans le boîtier 6 de jonction du second moteur 3 (du premier étage de compression en amont dans le circuit de travail du gaz de cycle). Comme illustré, la conduite 35 de transfert comprend de préférence un organe 13 de refroidissement du flux de fluide de cycle tel qu’un échangeur de chaleur refroidi par un caloporteur (eau, air ou autre) pour refroidir le gaz de cycle avant de venir refroidir le second boîtier 6 de jonction.
La conduite 25 de retour comprend une première extrémité communiquant avec l’intérieur du carter 2 du second moteur 3 et une seconde extrémité reliée à une portion du circuit 5 de fluide, par exemple en amont du premier étage de compression. Comme schématisé en pointillé, la conduite 25 de retour peut comprendre facultativement un organe 25 de refroidissement du flux de gaz de cycle (échangeur de chaleur ou autre) avant sa réinjection en amont d’un étage de compression.
Ainsi, la conduite 15 d’amenée, la conduite 35 de transfert, les passages 9 et la conduite 25 de retour permettent de prélever une fraction du gaz de cycle comprimé pour le faire circuler en série dans les boîtiers 6 de jonction en vue de refroidir ces derniers avant de retourner dans le circuit 5.
L’exemple de la possède deux étages de compression en série de gaz de cycle ayant un échangeur 12 de refroidissement en sortie de chaque étage de compression. De même, le dispositif illustré possède un seul étage de détente (une turbine 16).
Bien entendu, l’invention peut s’appliquer à tout autre type d’architecture d’installation et notamment tout type de réfrigérateur ou de liquéfacteur cryogénique (typiquement amenant un gaz de travail à une température inférieure à -150°C) à un ou plusieurs étages de compression et étages de détente avec un nombre de moteurs différent.
La variante de la se distingue de celle de la uniquement en ce que la première extrémité de la conduite 15 d’amenée est raccordée entre les deux compresseurs 4 en série, par exemple en aval de l’échangeur 12 de refroidissement.
De plus, l’invention peut s’appliquer à un dispositif 1 dans lequel le moteur 3 (ou au moins un des moteurs) est remplacé par toute autre machine électrique, par exemple un alternateur. Dans ce cas, l’organe 4 d’entraînement peut comprendre une turbine. La ou les turbines 16 peuvent être prévues pour la récupération de travail mécanique destiné à produire de la puissance électrique.
De même, la première extrémité de la conduite d’amenée peut être raccordée en aval d'un autre organe du circuit 5, notamment en aval d’un organe 4 différent de celui entrainé ou accouplé à la machine 3 électrique dont le boîtier 6 de jonction doit être refroidi.
Typiquement, la première extrémité de la ou des conduites 15 d’amenée est de préférence reliée à un point du circuit où la pression du gaz de cycle est plus élevée que la pression la plus basse du gaz de cycle dans le circuit 5. En effet, le gaz de cycle est soumis dans le circuit 5 à une transformation thermodynamique (notamment un cycle de compression/détente) entre au moins deux états à des pressions basse (minimale) et haute (maximale). Le gaz de cycle qui est prélevé dans le circuit 5 pour refroidir au moins un boîtier 6 de jonction est de préférence à une pression supérieure à sa pression minimale dans le circuit 5.
Par exemple, ce gaz de cycle est prélevé dans le circuit 5 en aval d’au moins un des compresseurs 4 du circuit 5.
Par exemple, ce gaz de cycle est prélevé en aval du compresseur 4 accouplé en rotation sur l’arbre du moteur 3 dont le boîtier 6 de jonction doit être refroidi. Cependant, cette première extrémité de la conduite 15 d’amenée peut être reliée à la sortie d’un autre compresseur 4 (ou autre organe 4) accouplé à un autre moteur 3 ou machine électrique du dispositif 1.
De même, la seconde extrémité de la conduite 25 de retour est de préférence raccordée à une portion du circuit dans laquelle la pression du gaz de cycle est relativement basse (inférieure à la pression maximale), par exemple à l'admission de l'un des compresseurs 4. Par exemple, la conduite 25 de retour est raccordée à l'admission du compresseur 4 accouplé (entraîné) par le moteur 4 dont le boîtier 6 de jonction est refroidi par le gaz de cycle.
Dans la variante illustrée à la , le dispositif comprend deux moteurs 3 entraînant chacun un compresseur 4. Un des moteurs 3 est également accouplé à une turbine 16 via le même arbre entraînant le compresseur.
Classiquement, chaque moteur 3 peut comporter un stator 32 et un rotor 31 accouplé à un arbre tournant portant les roues (compresseur(s) 4 et turbine(s) 16).
Dans cet exemple deux conduites 15 d’amenée ont une première extrémité (commune dans cette exemple) raccordée en aval d’un premier 4 des deux compresseurs 4 en série, par exemple en val d’un échangeur 12 de refroidissement du gaz de cycle comprimé. Les secondes extrémités des deux conduites 15 d’amenée sont raccordées en parallèle respectivement aux deux carters 2. Le gaz de cycle sous pression transite ensuite dans les boîtiers 6 de jonction via les passages 9 et ressort du boîtier 6 et du carter 2 via des conduites 25 de retour. Les deux conduites 25 de retour peuvent se raccorder à nouveau à l’entrée d’un même compresseur 4, par exemple au premier 4 des deux compresseurs en série. Ainsi, le gaz de cycle sous pression utilisé pour le refroidissement du boîtier 6 de jonction peut transiter au préalable dans le carter 2 correspondant avant de transiter dans le boîtier 6 de jonction.
Comme illustré, le dispositif 1 peut comporter en outre une conduite 21 dérivant une partie de ce gaz de cycle sous pression vers un système 18 de labyrinthe au niveau de paliers de l’arbre du moteur 3. Typiquement ce système 18 de labyrinthe est prévu pour séparer l’atmosphère gazeuse dans le carter 2 vis-à-vis de l’extérieur. C’est-à-dire qu’une conduite 21 peut être raccordée en parallèle à la conduite 15 d’amenée vers un labyrinthe (ou tout système de palier). Cette conduite 21 (tout comme la conduite 15 d’amenée) comporte de préférence un système de vanne 22 permettant l’ouverture ou la fermeture de manière indépendante selon le besoin.
La illustre que la seconde extrémité de la conduite 15 d’amenée peut déboucher dans le carter 2 et dans le boîtier 6 de jonction. Un flux majoritaire (par exemple de l’ordre de 90% du flux) alimente le carter 2 en vue de son refroidissement), le reste du flux alimente l’intérieur du boîtier 6 de jonction. Le flux de gaz de cycle qui refroidit le boîtier 6 de jonction rejoint le carter 2 via une portion de la conduite 25 de retour qui peut contenir les câbles électriques (formant le passage 9). Les flux de gaz de cycle de refroidissement sont symbolisés par des flèches courbes.
Dans le mode de réalisation de la , la seconde extrémité de la conduite 15 d’amenée débouche dans le carter 2, le flux de gaz de cycle transite ensuite dans le boîtier 6 de jonction via au moins un passage 9 et repart ensuite dans le volume 2 du carter 2. Ainsi, le gaz de cycle injectée passe d'abord dans le carter 2 moteur et atteint ensuite le boîtier 6 de jonction en passant par exemple au même endroit que les câbles électriques.
Ainsi, le gaz de cycle sous pression peut être prélevé par la première extrémité d’au moins une conduite 15 d’amenée à tout endroit approprié du circuit 5 pour être amenés dans un boîtier 6 de jonction directement ou via un carter 2 ou autre.
L’invention permet de prévoir des boîtiers 6 de jonctions compacts tout en assurant un refroidissement efficace de ces derniers.
Dans le cas d’applications utilisant des fréquences égales ou supérieures à 100Hz les courants électriques circulent préférentiellement en surface des matériaux conducteurs. Le dispositif est particulièrement adapté pour refroidir des éléments avec de tels effets de peau en réduisant la température des surfaces.
Dans l’exemple représenté un seul raccord 7 électrique est représenté mais l’invention pourrait s’appliquer à des boîtiers 6 de jonction comprenant plusieurs raccords ou bougies en fonction du nombre de phases du moteur électrique et de raccords ou bougies nécessaires pour alimenter le moteur électrique.
L’efficacité du refroidissement permet en outre une diminution de la section des câbles et autres organes électriques dans le boîtier 6 de jonction.
L’invention permet ainsi une amélioration du comportement thermique et de la tenue à la pression de la jonction électrique à un moteur.
Claims (18)
- Dispositif de circulation de fluide notamment pour réfrigérateur ou liquéfacteur cryogénique, comprenant un carter (2) étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif (1) et contenant une machine (3) électrique telle qu’un moteur électrique ou un alternateur, le dispositif (1) comprenant un circuit (5) de gaz de cycle soumettant le gaz de cycle à un changement thermodynamique entre une pression minimale et une pression maximale lorsque le dispositif est en fonctionnement, le dispositif comprenant au moins un organe (4) d’entraînement du gaz de cycle dans le circuit (3) tel qu’une roue de compresseur, ledit organe (4) d’entraînement étant accouplé en rotation à la machine (3) électrique, le dispositif (1) comprenant un boîtier (6) de jonction électrique étanche vis-à-vis de l’extérieur du dispositif et dans lequel transite une circuiterie (8) électrique ayant une première extrémité reliée à la machine (3) électrique et une seconde extrémité reliée à au moins un raccord (7) électrique débouchant à l’extérieur du boîtier (6) de jonction et situé à l’extérieur du carter (2), caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend une conduite (15) d’amenée de gaz de cycle sous pression comprenant une première extrémité reliée à une portion du circuit (5) dans laquelle le gaz de cycle est à une pression supérieure à la pression minimale et une seconde extrémité communiquant avec l’intérieur le boîtier (6) de jonction, le boîtier (6) de jonction comprenant un passage (9) de communication avec l’intérieur du carter (2), le circuit (5) de fluide comprenant une conduite (25) de retour du gaz de cycle comprenant une première extrémité communiquant avec l’intérieur du carter (2) et une seconde extrémité reliée au circuit (5), la conduite (15) d’amenée, le passage (9) et la conduite (25) de retour étant configurés pour prélever une fraction du gaz de cycle s’écoulant dans le circuit (5) pour le faire circuler dans le boîtier (6) de jonction en vue de refroidir ce dernier avant de retourner dans le circuit (5).
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première extrémité de la conduite (15) d’amenée est reliée au circuit (5) en aval d’une sortie d’un organe (4) d’entraînement.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la seconde extrémité de la conduite (15) d’amenée débouche dans le carter (2) et/ou dans le boîtier (6) de jonction.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la première extrémité de la conduite (25) de retour débouche dans le carter (2) et/ou dans le boîtier (6) de jonction.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la seconde extrémité de la conduite (25) de retour est reliée au circuit (5) en amont d’une entrée d’un organe (4) d’entraînement.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend un organe (11) de régulation de débit du fluide circulant dans la conduite (15) d’amenée.
- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’organe (11) de régulation de débit comprend au moins l’un parmi : une vanne, un orifice calibré.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit (5) de fluide comprend un organe (12) de refroidissement du flux de fluide tel qu’un échangeur de chaleur disposé entre une sortie de l’organe (4) de circulation et la première extrémité de la conduite (15) de dérivation.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le passage (9) et une première extrémité de la conduite (25) de retour sont situés à des extrémités opposées du boîtier (6) de jonction.
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la circuiterie (8) électrique qui transite dans le boîtier (6) de jonction comprend un ensemble de câble(s) électrique(s) et en ce que le passage (9) comprend un orifice de communication entre l’intérieur du boîtier (6) de jonction et l’intérieur du carter (2) et au travers duquel s’étend l’ensemble de câble(s).
- Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 comprenant au moins deux carters (2) distincts contenant chacun une machine (3) électrique pour entraîner des organes (4) d’entraînements respectifs, chaque machine (3) électrique étant munie d’un boîtier (6) de jonction électrique respectif communiquant avec le carter (2) via un passage (9), le dispositif comprenant au moins deux conduites (15) d’amenée de gaz de cycle sous pression comprenant chacune une première extrémité reliée à une portion du circuit (5) dans laquelle le gaz de cycle est à une pression supérieure à la pression minimale et une seconde extrémité communiquant avec l’intérieur d’un boîtier (6) de jonction correspondant.
- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que la première extrémité d’une première conduite (15) d’amenée au carter d’une première machine (3) électrique est reliée au circuit (5) de fluide en aval de la sortie d’un premier organe (4) d’entrainement, le dispositif comprenant une conduite (35) de transfert ayant une première extrémité reliée au carter (2) de la première machine (3) électrique et une seconde extrémité débouchant dans le boîtier (6) de jonction de la seconde machine (3) électrique, le dispositif (1) comprenant une conduite (25) de retour comprenant une première extrémité communiquant avec le second carter (2) et une seconde extrémité reliée au circuit (5), la première conduite (15) d’amenée, la conduite (35) de transfert, les passages (9) et la conduite (25) de retour étant configurés pour prélever une fraction du flux fluide s’écoulant dans le circuit (5) de fluide pour le faire circuler en série dans les boîtiers (6) de jonction en vue de refroidir ces derniers avant de retourner dans le circuit (5).
- Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce qu’il comporte deux conduites (15) d’amenée ayant de premières extrémités reliée au circuit (3) et de secondes extrémités communiquant en parallèle respectivement avec les deux boîtiers (6) de jonction et/ou avec les deux carters (2).
- Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les premières extrémités des deux conduites (15) d’amenée sont reliées à une même portion du circuit (3).
- Installation (10) de réfrigération et/ou de liquéfaction comprenant un réfrigérateur comportant un circuit (5) travail d’un gaz de cycle, ledit circuit comprenant, disposés en série, au moins un étage (4) de compression du gaz de cycle, au moins un organe (12, 14) de refroidissement du gaz de cycle, au moins un étage (16) de détente du gaz de cycle et un au moins un organe (17, 14) de réchauffage du gaz de cycle, caractérisée en ce qu’il comprend un dispositif (1) de circulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel l’organe (4) d’entrainement comprend une roue de compresseur formant un étage de compression.
- Installation selon la revendication 15, caractérisé en ce que le au moins un organe de réchauffage du gaz de cycle comprend un échangeur (17) de chaleur en échange thermique avec un élément (19) à refroidir, par exemple un flux de fluide.
- Installation selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le gaz de cycle comprend au moins l’un parmi : de l’azote, de l’hélium, de l’hydrogène, de l’argon, du néon.
- Procédé de refroidissement d’un boîtier (6) de jonction électrique d’un moteur (2) électrique d’un dispositif de circulation conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 14 ou d’une installation conforme à l’une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de prélèvement d’une fraction du flux fluide s’écoulant dans le circuit (5) de fluide et de mise en circulation de cette fraction de fluide dans le boîtier (6) de jonction en vue de refroidir ce dernier puis une étape de renvoi de cette fraction de fluide dans le circuit (5) de fluide.
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| FR2202099A FR3133433B1 (fr) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | Dispositif de circulation de fluide, installation et procédé utilisant un tel dispositif. |
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|---|---|---|---|
| FR2202099 | 2022-03-10 | ||
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|---|---|---|---|---|
| JPH10292948A (ja) * | 1997-04-17 | 1998-11-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷凍機 |
| EP0933603A1 (fr) * | 1998-01-30 | 1999-08-04 | RC Group S.p.A. | Système de réfrigération comportant un onduleur refroidi par un fluide du système et commandant un compresseur, et procédé associé |
| US20090090118A1 (en) * | 2007-10-08 | 2009-04-09 | Emerson Climate Technologies, Inc. | Variable speed compressor protection system and method |
-
2022
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- 2022-12-07 WO PCT/EP2022/084801 patent/WO2023169709A1/fr unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH10292948A (ja) * | 1997-04-17 | 1998-11-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷凍機 |
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| Publication number | Publication date |
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