FR3141723A1 - MOTOR VEHICLE COMPRISING MULTIAXIAL TURBOCOMPRESSORS COUPLED TO AN ELECTRIC GENERATOR, PROCESS ON THE BASIS OF SUCH A VEHICLE - Google Patents

MOTOR VEHICLE COMPRISING MULTIAXIAL TURBOCOMPRESSORS COUPLED TO AN ELECTRIC GENERATOR, PROCESS ON THE BASIS OF SUCH A VEHICLE Download PDF

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Abstract

L’invention concerne un véhicule automobile comprenant un système de turbogénérateur qui comprend :- des turbocompresseurs multiaxiaux comprenant des compresseurs (C1, C2) et des turbine (T1, T2) ;- un refroidisseur (I) ;- un récupérateur (R) ;- deux chambres de combustion (CC1, CC2) ;- une turbomachine comprenant des turbines dites énergétiques (Te1, Te2), et un générateur électrique (EM). L’invention permet de simplifier l’architecture en utilisant une machine électrique, et de limiter l’encombrement en séparant les axes de turbocompresseurs. L’invention concerne également un procédé sur la base d’un tel véhicule. Figure 2The invention relates to a motor vehicle comprising a turbogenerator system which comprises:- multiaxial turbochargers comprising compressors (C1, C2) and turbines (T1, T2);- a cooler (I);- a recuperator (R); - two combustion chambers (CC1, CC2); - a turbomachine comprising so-called energy turbines (Te1, Te2), and an electric generator (EM). The invention makes it possible to simplify the architecture by using an electric machine, and to limit space requirements by separating the turbocharger axes. The invention also relates to a method based on such a vehicle. Figure 2

Description

VEHICULE AUTOMOBILE COMPRENANT DES TURBOCOMPRESSEURS MULTIAXIAUX COUPLES A UN GENERATEUR ELECTRIQUE, PROCEDE SUR LA BASE D’UN TEL VEHICULEMOTOR VEHICLE COMPRISING MULTIAXIAL TURBOCOMPRESSORS COUPLED TO AN ELECTRIC GENERATOR, PROCESS ON THE BASIS OF SUCH A VEHICLE

L’invention se rapporte au domaine des dispositifs et systèmes de turbogénérateur du type à cycle de turbine à gaz, pour véhicule automobile.The invention relates to the field of gas turbine cycle type turbogenerator devices and systems for motor vehicles.

Les convertisseurs d’énergie de type turbine à gaz sont largement étudiés en ce moment comme prolongateur d’autonomie (« range extender » en langue anglaise) dans les véhicules hybrides de série.Gas turbine type energy converters are currently being widely studied as range extenders in production hybrid vehicles.

Ce convertisseur peut opérer en mode APU (pour Unité de Puissance Auxiliaire ou « Auxiliary Power Unit » en langue anglaise) 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.This converter can operate in APU mode (for Auxiliary Power Unit) where its role is to recharge the batteries of an electric vehicle. It is thus mechanically decoupled from the traction chain and operates at its maximum efficiency point.

Plusieurs cycles sont en cours d’investigation, y compris les cycles récupératifs simples (RGT pour turbine à gaz récupérative ou « Recuperative Gas Turbine »), mais aussi les cycles récupératifs à refroidisseur (IRGT) et les cycles avec refroidisseur, récupérateur et réchauffe ou « Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine » en langue anglaise).Several cycles are under investigation, including simple recuperative gas turbine cycles (RGT), but also recuperative cycles with cooler (IRGT) and cycles with cooler, recuperator and reheat or “Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine” in English).

Le cycle de turbine à gaz avec refroidisseur, récupérateur et réchauffe (IRReGT) illustré en , est un cycle à fort potentiel pour les applications automobiles. Ce cycle permet d’atteindre un rendement important mais aussi une densité de puissance élevée (travail net spécifique élevé).The gas turbine cycle with cooler, recuperator and reheater (IRReGT) illustrated in , is a cycle with great potential for automotive applications. This cycle makes it possible to achieve high efficiency but also high power density (high specific net work).

Dans le cycle IRReGT, on peut avoir besoin de deux machines électriques. En effet, on peut avoir une seule machine électrique, mais dans ce cas, il faut mettre les deux e-turbomachines (turbomachine électrifiée, à savoir un compresseur, une turbine et une machine électrique) sur le même axe. Cependant, dans ce cas, l’axe de la turbomachine devient long et il y aura des entrées / sorties chaudes des deux côtés du turbogénérateur.In the IRReGT cycle, two electric machines may be needed. Indeed, we can have a single electric machine, but in this case, we must put the two e-turbomachines (electrified turbomachine, namely a compressor, a turbine and an electric machine) on the same axis. However, in this case, the turbomachine axis becomes long and there will be hot inlets/outlets on both sides of the turbogenerator.

La solution d’avoir deux e-turbomachines séparées est intéressante mais cela implique l’utilisation de deux machines électriques et par conséquent l’utilisation de deux électroniques de puissance, ce qui complexifie le système.The solution of having two separate e-turbomachines is interesting but this implies the use of two electrical machines and consequently the use of two power electronics, which complicates the system.

La demande de brevet US 2002/0152754 A1 propose de mettre une turbine couplée avec un générateur. Le problème est qu’en sortie de la turbine du deuxième turbocompresseur, il manque une turbine couplée au générateur permettant d’avoir une détente additionnelle. D’un point de vue thermodynamique, le travail de la turbine du deuxième turbocompresseur, sert à entraîner le deuxième compresseur mais il n’y aura pas de travail net supplémentaire. Thermodynamiquement, cela n’a pas d’impact sur le rendement. Le seul impact sera l’augmentation de la pression dans le récupérateur et la chambre de combustion ce qui permet de réduire la taille de ces composants.Patent application US 2002/0152754 A1 proposes to put a turbine coupled with a generator. The problem is that at the outlet of the turbine of the second turbocharger, a turbine coupled to the generator allowing additional expansion is missing. From a thermodynamic point of view, the work of the turbine of the second turbocharger is used to drive the second compressor but there will be no additional net work. Thermodynamically, this has no impact on performance. The only impact will be the increase in pressure in the recuperator and the combustion chamber, which allows the size of these components to be reduced.

Un objectif de la présente invention est de remédier aux défauts de l’art antérieur, et notamment de proposer une architecture limitant la complexité de montage d’électronique de puissance, tout en ayant un meilleur rendement que dans l’art antérieur.An objective of the present invention is to remedy the defects of the prior art, and in particular to propose an architecture limiting the complexity of mounting power electronics, while having better efficiency than in the prior art.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un véhicule automobile comprenant un système de turbogénérateur ayant un circuit fluidique d’un amont vers un aval, le système de turbogénérateur comprenant :
- un premier turbocompresseur comprenant un premier compresseur et une première turbine sur un premier axe ;
- un deuxième turbocompresseur comprenant un deuxième compresseur et une deuxième turbine sur un deuxième axe ;
- un refroidisseur en communication fluidique avec le premier compresseur en amont, et avec le deuxième compresseur en aval ;
- un récupérateur en communication fluidique avec le deuxième compresseur en amont ;
- une première chambre de combustion en communication fluidique avec le récupérateur en amont, et avec la deuxième turbine en aval ;
- une turbomachine comprenant une première et une deuxième turbines énergétiques, et un générateur électrique sur un troisième axe, la première turbine énergétique étant en communication fluidique avec la deuxième turbine en amont ;
- une deuxième chambre de combustion en communication fluidique avec la première turbine énergétique en amont, et avec la première turbine en aval ;
la deuxième turbine énergétique étant en communication fluidique avec la première turbine en amont, et avec un échangeur de chaleur du récupérateur en aval.To achieve this objective, the invention proposes a motor vehicle comprising a turbogenerator system having a fluid circuit from upstream to downstream, the turbogenerator system comprising:
- a first turbocharger comprising a first compressor and a first turbine on a first axis;
- a second turbocharger comprising a second compressor and a second turbine on a second axis;
- a cooler in fluid communication with the first compressor upstream, and with the second compressor downstream;
- a recuperator in fluid communication with the second upstream compressor;
- a first combustion chamber in fluid communication with the recuperator upstream, and with the second turbine downstream;
- a turbomachine comprising a first and a second energy turbines, and an electric generator on a third axis, the first energy turbine being in fluid communication with the second turbine upstream;
- a second combustion chamber in fluid communication with the first energy turbine upstream, and with the first turbine downstream;
the second energy turbine being in fluid communication with the first turbine upstream, and with a heat exchanger of the recuperator downstream.

L’invention permet de proposer un turbogénérateur opérant suivant le cycle IRReGT, avec une seule machine électrique couplée à deux turbines de détente. Ces turbines de détente permettent de récupérer l’excès de puissance généré par chaque turbocompresseur (ensemble compresseur et turbine).The invention makes it possible to propose a turbogenerator operating according to the IRReGT cycle, with a single electric machine coupled to two expansion turbines. These expansion turbines make it possible to recover the excess power generated by each turbocharger (compressor and turbine assembly).

En outre, l’architecture incluant un étage à haute pression et un étage à basse pression, ainsi que le refroidisseur et les chambres de combustion, permet d’augmenter significativement le rendement énergétique du système. De plus l’utilisation d’un générateur au lieu de deux diminue la complexité de montage de l’électronique de puissance.In addition, the architecture including a high pressure stage and a low pressure stage, as well as the cooler and the combustion chambers, makes it possible to significantly increase the energy efficiency of the system. In addition, the use of one generator instead of two reduces the complexity of mounting the power electronics.

Selon une variante, la turbomachine comprend en outre une troisième turbine énergétique sur le troisième axe, et le système de turbogénérateur comprend en outre :
- un deuxième refroidisseur en communication fluidique avec le premier compresseur en aval ;
- une troisième chambre de combustion en communication fluidique avec la deuxième turbine énergétique en amont en lieu et place de l’échangeur de chaleur du récupérateur ;
- au moins un troisième turbocompresseur qui comprend, sur un quatrième axe, un troisième compresseur en communication fluidique avec le deuxième refroidisseur en aval ; et une troisième turbine en communication fluidique avec la troisième chambre de combustion en amont, et avec la troisième turbine énergétique en aval,
la troisième turbine énergétique étant en communication fluidique avec l’échangeur de chaleur du récupérateur en aval.According to a variant, the turbomachine further comprises a third energy turbine on the third axis, and the turbogenerator system further comprises:
- a second cooler in fluid communication with the first compressor downstream;
- a third combustion chamber in fluid communication with the second energy turbine upstream in place of the heat exchanger of the recuperator;
- at least a third turbocharger which comprises, on a fourth axis, a third compressor in fluid communication with the second cooler downstream; and a third turbine in fluid communication with the third combustion chamber upstream, and with the third energy turbine downstream,
the third energy turbine being in fluid communication with the heat exchanger of the downstream recuperator.

Cela permet d’améliorer davantage le rendement énergétique du système en ajoutant un étage de pression avec un turbocompresseur supplémentaire et une turbine énergétique supplémentaire.This further improves the energy efficiency of the system by adding a pressure stage with an additional turbocharger and an additional energy turbine.

Selon une variante, le premier turbocompresseur est dimensionné de sorte que la puissance de la première turbine est égale à la puissance du premier compresseur. Cela permet de générer un excédent de puissance au niveau du premier turbocompresseur.According to one variant, the first turbocharger is dimensioned so that the power of the first turbine is equal to the power of the first compressor. This makes it possible to generate excess power at the level of the first turbocharger.

Selon une variante, le deuxième turbocompresseur est dimensionné de sorte que la puissance de la deuxième turbine est égale à la puissance du deuxième compresseur. Cela permet de générer un excédent de puissance au niveau du deuxième turbocompresseur.According to one variant, the second turbocharger is dimensioned so that the power of the second turbine is equal to the power of the second compressor. This makes it possible to generate excess power at the level of the second turbocharger.

Selon une variante, le système de turbogénérateur comprend au moins un circuit de chauffage connecté à un échangeur de chaleur d’au moins un refroidisseur.According to one variant, the turbogenerator system comprises at least one heating circuit connected to a heat exchanger of at least one cooler.

Cela permet d’utiliser le système de turbogénérateur pour réaliser un chauffage, par exemple de l’habitacle du véhicule.This makes it possible to use the turbogenerator system to provide heating, for example of the vehicle passenger compartment.

Selon une variante, le circuit de chauffage comprend un dispositif de chauffage et une pompe de circulation.According to a variant, the heating circuit comprises a heating device and a circulation pump.

Selon une variante, le circuit fluidique comprend un filtre à air en début de circuit.According to one variant, the fluid circuit includes an air filter at the start of the circuit.

Cela permet de limiter les impuretés de l’air du système de turbogénérateur.This helps limit air impurities in the turbogenerator system.

L’invention porte en outre sur un procédé de fabrication d’un système de turbogénérateur pour un véhicule automobile selon l’invention, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- mettre le refroidisseur en communication fluidique avec le premier compresseur en amont, et avec le deuxième compresseur en aval ;
- mettre récupérateur en communication fluidique avec le deuxième compresseur en amont ;
- mettre la première chambre de combustion en communication fluidique avec le récupérateur en amont, et avec la deuxième turbine en aval ;
- mettre la première turbine énergétique en communication fluidique avec la deuxième turbine en amont ;
- mettre la deuxième chambre de combustion en communication fluidique avec la première turbine énergétique en amont, et avec la première turbine en aval ;
- mettre la deuxième turbine énergétique étant en communication fluidique avec la première turbine en amont, et avec un échangeur de chaleur du récupérateur en aval.The invention further relates to a method of manufacturing a turbogenerator system for a motor vehicle according to the invention, the method comprising the following steps:
- put the cooler in fluid communication with the first compressor upstream, and with the second compressor downstream;
- put the recuperator in fluid communication with the second compressor upstream;
- put the first combustion chamber in fluid communication with the recuperator upstream, and with the second turbine downstream;
- put the first energy turbine in fluid communication with the second turbine upstream;
- put the second combustion chamber in fluid communication with the first energy turbine upstream, and with the first turbine downstream;
- put the second energy turbine being in fluid communication with the first turbine upstream, and with a heat exchanger of the recuperator downstream.

L'invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l'invention, dans lesquelles :
- illustre schématiquement une architecture de système de turbogénérateur de type IRReGT selon l’art antérieur ;
- illustre schématiquement une architecture de système de turbogénérateur de type IRReGT selon un premier mode de réalisation, avec deux turbocompresseurs ;
- illustre schématiquement une variante du mode de réalisation de la avec un dispositif de chauffage ; et
- illustre schématiquement une architecture de système de turbogénérateurs de type IRReGT selon un deuxième mode de réalisation, avec trois turbocompresseurs.The invention will be further detailed by the description of non-limiting embodiments, and on the basis of the appended figures illustrating variants of the invention, in which:
- schematically illustrates an architecture of an IRReGT type turbogenerator system according to the prior art;
- schematically illustrates an IRReGT type turbogenerator system architecture according to a first embodiment, with two turbochargers;
- schematically illustrates a variant of the embodiment of the with a heating device; And
- schematically illustrates an architecture of an IRReGT type turbogenerator system according to a second embodiment, with three turbochargers.

Bien que le cycle IRReGT (Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine) présente des avantages, sa réalisation physique pose certains problèmes.Although the IRReGT (Intercooled Recuperative Reheat Gas Turbine) cycle has advantages, its physical realization poses certain problems.

On peut imaginer mettre tout le système sur un seul axe avec une seule machine électrique comme dans l’art antérieur illustré en . Cependant plusieurs problèmes techniques se présentent dans cette configuration :
- L'axe qui relie le premier compresseur à la dernière turbine devient long et cela engendre des problèmes de vibrations à haut régime ;
- Le système de turbogénérateur devient encombrant, et on sera contraint par la longueur du système ;
- Il faut réussir à assurer une étanchéité à haute pression au niveau de l'entrée du compresseur C2 (le flux étant comprimé à 3 bars) ;
- Il faut réussir à assurer une étanchéité à haute pression et haute température au niveau de la sortie de la turbine T1 ;
- Il faut réussir à assurer une étanchéité à haute pression et haute température au niveau de l'entrée de la turbine T2.We can imagine putting the entire system on a single axis with a single electric machine as in the prior art illustrated in . However, several technical problems arise in this configuration:
- The axis which connects the first compressor to the last turbine becomes long and this causes vibration problems at high speed;
- The turbogenerator system becomes bulky, and we will be constrained by the length of the system;
- It is necessary to succeed in ensuring high pressure sealing at the inlet of compressor C2 (the flow being compressed to 3 bars);
- It is necessary to succeed in ensuring sealing at high pressure and high temperature at the outlet of turbine T1;
- It is necessary to succeed in ensuring a seal at high pressure and high temperature at the inlet of turbine T2.

Tous ces problèmes techniques ont poussé le demandeur à découpler les deux turbomachines et avoir deux e-turbomachines (ensemble compresseur, machine électrique, et turbine). Cette architecture comporte :
- une e-turbomachine à basse pression (premier turbocompresseur) sur un premier axe A1, formée par un compresseur C1, une machine électrique et une turbine T1 ; et
- une e-turbomachine à haute pression (deuxième turbocompresseur) sur un deuxième axe A2, formée par un compresseur C2, une machine électrique et une turbine T2.All these technical problems pushed the applicant to decouple the two turbomachines and have two e-turbomachines (compressor assembly, electric machine, and turbine). This architecture includes:
- a low pressure e-turbomachine (first turbocharger) on a first axis A1, formed by a compressor C1, an electric machine and a turbine T1; And
- a high pressure e-turbomachine (second turbocharger) on a second axis A2, formed by a compressor C2, an electric machine and a turbine T2.

Le problème du cycle IRReGT dans ce cas est qu’il a besoin de deux machines électriques et donc de deux onduleurs et de deux cartes d’électroniques de puissance, ce qui augmente la complexité de l’électronique de puissance.The problem of the IRReGT cycle in this case is that it needs two electrical machines and therefore two inverters and two power electronics cards, which increases the complexity of the power electronics.

Pour s’affranchir du problème présenté ci-dessus, l’invention propose un cycle IRReGT pouvant comprendre une seule machine électrique tout en gardant des turbocompresseurs séparés. Le système correspondant est illustré en .To overcome the problem presented above, the invention proposes an IRReGT cycle which can comprise a single electric machine while keeping separate turbochargers. The corresponding system is illustrated in .

Pour ce faire, on va utiliser les deux turbocompresseurs sans machine électrique. Le premier turbocompresseur (à basse pression) est dimensionné de sorte que la puissance de la turbine T1 est égale à la puissance du compresseur C1.To do this, we will use the two turbochargers without an electric machine. The first turbocharger (at low pressure) is sized so that the power of the turbine T1 is equal to the power of the compressor C1.

La puissance excédentaire (restante non récupérée), sera récupérée sur une turbine dite énergétique Te2 sur un axe A4.The excess power (remaining unrecovered) will be recovered on a so-called energy turbine Te2 on an axis A4.

De même, on va proposer un turbocompresseur haute pression formé par le compresseur C2, la turbine T2 sur un axe A2. La puissance de la turbine T2 est égale à la puissance du compresseur C2. L’excès de puissance sera récupéré par la turbine énergétique Te1 sur l’axe A4.Likewise, we will propose a high pressure turbocharger formed by the compressor C2, the turbine T2 on an axis A2. The power of turbine T2 is equal to the power of compressor C2. The excess power will be recovered by the energy turbine Te1 on axis A4.

On aura donc un troisième turbomoteur formé par la machine électrique EM, et les deux turbines énergétiques Te1 et Te2.We will therefore have a third turbine engine formed by the electric machine EM, and the two energy turbines Te1 and Te2.

En faisant ainsi, on peut proposer un cycle avec une seule machine électrique, une seule électronique de puissance et un seul onduleur.By doing so, we can propose a cycle with a single electrical machine, a single power electronics and a single inverter.

Plus spécifiquement, le système comprend :
- un premier turbocompresseur comprenant un compresseur C1 et une turbine T1 sur un axe A1 ;
- un deuxième turbocompresseur comprenant un compresseur C2 et une turbine T2 sur un axe A2 ;
- un refroidisseur I en communication fluidique avec le compresseur C2 en amont, et avec le compresseur C2 en aval ;
- un récupérateur R en communication fluidique avec le compresseur C2 en amont ;
- une chambre de combustion CC1 en communication fluidique avec le récupérateur R en amont, et avec la turbine T2 en aval ;
- une turbomachine comprenant des turbines dites énergétiques Te1, Te2, et un générateur électrique EM sur un axe A3, la turbine énergétique Te1 étant en communication fluidique avec la turbine T2 en amont ;
- une chambre de combustion CC2 en communication fluidique avec la turbine énergétique Te1 en amont, et avec la turbine T1 en aval ;
la turbine énergétique Te2 étant en communication fluidique avec la turbine T1 en amont, et avec un échangeur de chaleur HE du récupérateur R en aval.More specifically, the system includes:
- a first turbocharger comprising a compressor C1 and a turbine T1 on an axis A1;
- a second turbocharger comprising a compressor C2 and a turbine T2 on an axis A2;
- a cooler I in fluid communication with the compressor C2 upstream, and with the compressor C2 downstream;
- a recuperator R in fluid communication with the upstream compressor C2;
- a combustion chamber CC1 in fluid communication with the recuperator R upstream, and with the turbine T2 downstream;
- a turbomachine comprising so-called energy turbines Te1, Te2, and an electric generator EM on an axis A3, the energy turbine Te1 being in fluid communication with the turbine T2 upstream;
- a combustion chamber CC2 in fluid communication with the energy turbine Te1 upstream, and with the turbine T1 downstream;
the energy turbine Te2 being in fluid communication with the turbine T1 upstream, and with a heat exchanger HE of the recuperator R downstream.

Comparé à l’art antérieur US2022/0152754 A1, celui-ci ne récupère pas de puissance en sortie de l’étage à haute pression. Thermodynamiquement, le système ne va pas opérer sur le point de maximum de rendement ou le point de maximum de travail net spécifique, car il n’y a pas de travail généré sur l’étage à haute pression.Compared to the prior art US2022/0152754 A1, this does not recover power at the output of the high pressure stage. Thermodynamically, the system will not operate at the maximum efficiency point or the specific maximum net work point, because there is no work generated on the high pressure stage.

Les avantages techniques sont les suivants :
- Simplification du système dans la variante préférée (une seule machine, un seul onduleur, une seule électronique de puissance) ;
- La pièce de production de puissance peut être positionnée à différent endroits dans le volume fonctionnel du système.The technical advantages are as follows:
- Simplification of the system in the preferred variant (a single machine, a single inverter, a single power electronics);
- The power production part can be positioned in different locations in the functional volume of the system.

Dans une variante illustrée en , on peut ajouter un circuit de chauffage avec un dispositif de chauffage H.In a variant illustrated in , we can add a heating circuit with a heating device H.

Dans une autre variante illustrée en , on peut proposer aussi une machine à triple étages avec le même principe, avec en outre :
- une autre turbine énergétique Te3 sur l’axe A3 ;
- un autre refroidisseur I2 en communication fluidique avec le premier compresseur C1 en aval ;
- une autre chambre de combustion CC3 en communication fluidique avec l’autre turbine énergétique Te3 en amont en lieu et place de l’échangeur de chaleur HE du récupérateur R ;
- au moins un troisième turbocompresseur qui comprend, sur un autre axe A4, un autre compresseur C3 en communication fluidique avec l’autre refroidisseur I2 en aval ; et une autre turbine T3 en communication fluidique avec l’autre chambre de combustion CC3 en amont, et avec l’autre turbine énergétique Te3 en aval,
l’autre turbine énergétique Te3 étant en communication fluidique avec l’échangeur de chaleur HE du récupérateur R en aval.In another variant illustrated in , we can also offer a triple-stage machine with the same principle, with in addition:
- another Te3 energy turbine on the A3 axis;
- another cooler I2 in fluid communication with the first compressor C1 downstream;
- another combustion chamber CC3 in fluid communication with the other energy turbine Te3 upstream in place of the heat exchanger HE of the recuperator R;
- at least a third turbocharger which comprises, on another axis A4, another compressor C3 in fluid communication with the other cooler I2 downstream; and another turbine T3 in fluid communication with the other combustion chamber CC3 upstream, and with the other energy turbine Te3 downstream,
the other energy turbine Te3 being in fluid communication with the heat exchanger HE of the downstream recuperator R.

Par ailleurs, on peut utiliser le même concept mais avec différents types de turbomachines ou de machine de compression et de détente.Furthermore, we can use the same concept but with different types of turbomachines or compression and expansion machines.

L'idée reste valable pour des technologies de compresseurs / turbines de type scroll, à engrenage, à vis ; les turbomachines radiales, axiales, ou à pistons.The idea remains valid for scroll, gear, screw type compressor/turbine technologies; radial, axial, or piston turbomachines.

Le fait d’utiliser une seule machine électrique permet de réduire l’impact environnemental positif (moins d’utilisation de ressources / matériaux).
Using a single electric machine reduces the positive environmental impact (less use of resources/materials).

Claims (8)

Véhicule automobile comprenant un système de turbogénérateur ayant un circuit fluidique d’un amont vers un aval, le système de turbogénérateur comprenant :
- un premier turbocompresseur comprenant un premier compresseur (C1) et une première turbine (T1) sur un premier axe (A1) ;
- un deuxième turbocompresseur comprenant un deuxième compresseur (C2) et une deuxième turbine (T2) sur un deuxième axe (A2) ;
- un refroidisseur (I) en communication fluidique avec le premier compresseur (C1) en amont, et avec le deuxième compresseur (C2) en aval ;
- un récupérateur (R) en communication fluidique avec le deuxième compresseur (C2) en amont ;
- une première chambre de combustion (CC1) en communication fluidique avec le récupérateur (R) en amont, et avec la deuxième turbine (T2) en aval ;
- une turbomachine comprenant une première et une deuxième turbines énergétiques (Te1, Te2), et un générateur électrique (EM) sur un troisième axe (A3), la première turbine énergétique (Te1) étant en communication fluidique avec la deuxième turbine (T2) en amont ;
- une deuxième chambre de combustion (CC2) en communication fluidique avec la première turbine énergétique (Te1) en amont, et avec la première turbine (T1) en aval ;
la deuxième turbine énergétique (Te2) étant en communication fluidique avec la première turbine (T1) en amont, et avec un échangeur de chaleur (HE) du récupérateur (R) en aval.Motor vehicle comprising a turbogenerator system having a fluid circuit from upstream to downstream, the turbogenerator system comprising:
- a first turbocharger comprising a first compressor (C1) and a first turbine (T1) on a first axis (A1);
- a second turbocharger comprising a second compressor (C2) and a second turbine (T2) on a second axis (A2);
- a cooler (I) in fluid communication with the first compressor (C1) upstream, and with the second compressor (C2) downstream;
- a recuperator (R) in fluid communication with the second compressor (C2) upstream;
- a first combustion chamber (CC1) in fluid communication with the recuperator (R) upstream, and with the second turbine (T2) downstream;
- a turbomachine comprising a first and a second energy turbines (Te1, Te2), and an electric generator (EM) on a third axis (A3), the first energy turbine (Te1) being in fluid communication with the second turbine (T2) upstream ;
- a second combustion chamber (CC2) in fluid communication with the first energy turbine (Te1) upstream, and with the first turbine (T1) downstream;
the second energy turbine (Te2) being in fluid communication with the first turbine (T1) upstream, and with a heat exchanger (HE) of the recuperator (R) downstream. Véhicule automobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la turbomachine comprend en outre une troisième turbine énergétique (Te3) sur le troisième axe (A3), et en ce que le système de turbogénérateur comprend en outre :
- un deuxième refroidisseur (I2) en communication fluidique avec le premier compresseur (C1) en aval ;
- une troisième chambre de combustion (CC3) en communication fluidique avec la deuxième turbine énergétique (Te3) en amont en lieu et place de l’échangeur de chaleur (HE) du récupérateur (R) ;
- au moins un troisième turbocompresseur qui comprend, sur un quatrième axe (A4), un troisième compresseur (C3) en communication fluidique avec le deuxième refroidisseur (I2) en aval ; et une troisième turbine (T3) en communication fluidique avec la troisième chambre de combustion (CC3) en amont, et avec la troisième turbine énergétique (Te3) en aval,
la troisième turbine énergétique (Te3) étant en communication fluidique avec l’échangeur de chaleur (HE) du récupérateur (R) en aval.Motor vehicle according to claim 1, characterized in that the turbomachine further comprises a third energy turbine (Te3) on the third axis (A3), and in that the turbogenerator system further comprises:
- a second cooler (I2) in fluid communication with the first compressor (C1) downstream;
- a third combustion chamber (CC3) in fluid communication with the second energy turbine (Te3) upstream in place of the heat exchanger (HE) of the recuperator (R);
- at least a third turbocharger which comprises, on a fourth axis (A4), a third compressor (C3) in fluid communication with the second cooler (I2) downstream; and a third turbine (T3) in fluid communication with the third combustion chamber (CC3) upstream, and with the third energy turbine (Te3) downstream,
the third energy turbine (Te3) being in fluid communication with the heat exchanger (HE) of the recuperator (R) downstream. Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le premier turbocompresseur est dimensionné de sorte que la puissance de la première turbine (T1) est égale à la puissance du premier compresseur (C1).Motor vehicle according to any one of claims 1 to 2, characterized in that the first turbocharger is dimensioned so that the power of the first turbine (T1) is equal to the power of the first compressor (C1). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le deuxième turbocompresseur est dimensionné de sorte que la puissance de la deuxième turbine (T2) est égale à la puissance du deuxième compresseur (C2).Motor vehicle according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the second turbocharger is dimensioned so that the power of the second turbine (T2) is equal to the power of the second compressor (C2). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de turbogénérateur comprend au moins un circuit de chauffage connecté à un échangeur de chaleur (HE) d’au moins un refroidisseur (I).Motor vehicle according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the turbogenerator system comprises at least one heating circuit connected to a heat exchanger (HE) of at least one cooler (I). Véhicule automobile selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de chauffage comprend un dispositif de chauffage (H) et une pompe de circulation (P).Motor vehicle according to claim 5, characterized in that the heating circuit comprises a heating device (H) and a circulation pump (P). Véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit fluidique comprend un filtre à air (AF) en début de circuit.Motor vehicle according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the fluid circuit comprises an air filter (AF) at the start of the circuit. Procédé de fabrication d’un système de turbogénérateur pour un véhicule automobile selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- mettre le refroidisseur (I) en communication fluidique avec le premier compresseur (C1) en amont, et avec le deuxième compresseur (C2) en aval ;
- mettre récupérateur (R) en communication fluidique avec le deuxième compresseur (C2) en amont ;
- mettre la première chambre de combustion (CC1) en communication fluidique avec le récupérateur (R) en amont, et avec la deuxième turbine (T2) en aval ;
- mettre la première turbine énergétique (Te1) en communication fluidique avec la deuxième turbine (T2) en amont ;
- mettre la deuxième chambre de combustion (CC2) en communication fluidique avec la première turbine énergétique (Te1) en amont, et avec la première turbine (T1) en aval ;
- mettre la deuxième turbine énergétique (Te2) étant en communication fluidique avec la première turbine (T1) en amont, et avec un échangeur de chaleur (HE) du récupérateur (R) en aval.
Method of manufacturing a turbogenerator system for a motor vehicle according to any one of claims 1 to 7, the method comprising the following steps:
- put the cooler (I) in fluid communication with the first compressor (C1) upstream, and with the second compressor (C2) downstream;
- put the recuperator (R) in fluid communication with the second compressor (C2) upstream;
- put the first combustion chamber (CC1) in fluid communication with the recuperator (R) upstream, and with the second turbine (T2) downstream;
- put the first energy turbine (Te1) in fluid communication with the second turbine (T2) upstream;
- put the second combustion chamber (CC2) in fluid communication with the first energy turbine (Te1) upstream, and with the first turbine (T1) downstream;
- put the second energy turbine (Te2) being in fluid communication with the first turbine (T1) upstream, and with a heat exchanger (HE) of the recuperator (R) downstream.
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