WO2016128527A1 - Système thermodynamique - Google Patents

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WO2016128527A1
WO2016128527A1 PCT/EP2016/052946 EP2016052946W WO2016128527A1 WO 2016128527 A1 WO2016128527 A1 WO 2016128527A1 EP 2016052946 W EP2016052946 W EP 2016052946W WO 2016128527 A1 WO2016128527 A1 WO 2016128527A1
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working fluid
loop
cavity
fluid
cooling device
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PCT/EP2016/052946
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Pierre CONVERT
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Aqylon
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    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K19/00—Regenerating or otherwise treating steam exhausted from steam engine plant
    • F01K19/10—Cooling exhaust steam other than by condenser; Rendering exhaust steam invisible
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a thermodynamic system, in particular a system implementing a thermodynamic Rankine cycle.
  • circuits usually comprise a turbine coupled to a generator, in particular an electromagnetic generator.
  • the turbine is driven by the expansion of the working fluid in the gaseous state.
  • the turbine thus driven, transmits mechanical energy to the generator which transforms it into electrical energy, in particular via a rotating element such as a shaft.
  • cooling device Given the heat generated by the generator, it is appropriate to provide a cooling device.
  • the known cooling devices are complex; they require in particular to provide a specific circuit for a cooling fluid.
  • An object of the present invention is to provide a simple cooling of the generator of a thermodynamic system, in particular of a system implementing a thermodynamic Rankine cycle.
  • the invention relates to a thermodynamic system, in particular a system implementing a thermodynamic Rankine cycle, comprising a circulating loop of a working fluid, said loop comprising means for producing energy.
  • Said system further comprises a cooling device of said power generating means and a branch configured to supply said cooling device with working fluid from said loop and returning said working fluid in said loop, said cooling device being configured to cool said energy producing means by vaporization of said working fluid within said production means, said working fluid entering the liquid phase in said energy producing means.
  • said power generation means comprises a turbine, forming part of said loop, and an electric energy generator coupled to said turbine, said turbine being intended to be driven by the expansion of said working fluid in phase gaseous, said cooling device being configured to cool said generator, said generator being an electromagnetic generator comprising a stator and a rotor, said cooling device comprising a cavity formed in a body intended to form part of said rotor, said cavity being intended to receive the working fluid, said device being adapted to create a film of said working fluid in its liquid state, in said cavity, under the effect of an existing centrifugal force when the rotor is rotated relative to said stator, said device being further adapted to allow evacuation of said fluid in its gaseous state towards the outside of the cavity.
  • thermodynamic system of the invention comprises a cooling device that utilizes the working fluid of the system to cool the energy producing means of said system. This allows a simple cooling of said power generation means because this cooling does not use an external circuit for circulating a cooling fluid.
  • cooling by liquid fluid requires a high flow rate; while here, it is the enthalpy of the change of state of the working fluid which is used for the cooling of the means of production of energy.
  • This makes it possible to advantageously provide a flow rate of liquid working fluid which remains low, in particular at the inlet of the cooling device of the energy production means.
  • thermodynamic system the working fluid thus evaporated can advantageously be released into the thermodynamic system, at any point where said fluid is in gaseous form.
  • the working fluid intended to be vaporized in said cooling device is fed into said energy production means, in particular in said generator, via a valve, called expansion valve,
  • the working fluid intended to be vaporized in said cooling device is injected into said energy production means, in particular into said generator, via a nozzle, called an injection nozzle,
  • said loop further comprises a condenser
  • said condenser is configured to condense the working fluid when it is in the gaseous phase
  • said loop further comprises a pump
  • said pump is capable of increasing the pressure of said working fluid when it is in the liquid phase
  • said pump is positioned downstream of said condenser
  • the working fluid intended to be vaporized in the cooling device is stitched in the loop downstream of said pump,
  • said loop further comprises a regenerator
  • said regenerator is configured to exchange thermal energy between said working fluid when it is in the gaseous phase and said working fluid when it is in the liquid phase,
  • regenerator is positioned downstream of said turbine in a part of the loop configured for the circulation of the working fluid in the gaseous phase and downstream of said pump in a part of the loop configured for the circulation of the fluid in the liquid phase,
  • said loop further comprises an evaporator
  • said evaporator is configured to evaporate the working fluid when it is in the liquid phase
  • said evaporator is positioned between said pump and said turbine
  • the system according to the invention further comprises a sealing device arranged so as to ensure a seal between said turbine and said generator, said sealing device is positioned between said turbine and said generator,
  • said sealing device comprises a seal configured to prevent said working fluid, when in the gas phase, from circulating from said turbine to said generator,
  • said cavity comprises a pair of walls arranged to retain the fluid film in the liquid state
  • said cooling device comprises means for injecting said fluid in the liquid state at said cavity and an evacuation channel;
  • said means for injecting said fluid in the liquid state at said cavity is opposed to the evacuation channel, with respect to said cavity,
  • the rotor comprises a shaft formed of said body and on which is mounted an electromagnetic element, said shaft having a principal direction of longitudinal extension, said main axis,
  • the electromagnetic element is an electromagnetic winding
  • the cavity of the cooling device is positioned between said electromagnetic winding and said shaft
  • said cavity extends longitudinally along said electromagnetic winding, in the direction of said main axis,
  • a bottom of said cavity is in contact with at least a part of said electromagnetic winding.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of a system according to the invention
  • FIG. 1 is a schematic partial sectional view of an exemplary embodiment of a generator of a system according to the invention.
  • the invention relates to a thermodynamic system 10, in particular a system 10 implementing a thermodynamic Rankine cycle.
  • This system 10 comprises a circulation loop 31 -36 of a working fluid.
  • Said loop 31 -36 comprises a means for producing energy 20.
  • Said energy production means 20 advantageously comprises a turbine 22 and an electric energy generator 21 coupled to said turbine 22.
  • Said turbine 22 is intended to be driven by the expansion of said working fluid in the gas phase.
  • said system 10 further comprises a cooling device of said generator 21.
  • Said system 10 comprises a branch 37 configured to supply said cooling device with working fluid from the loop 31 -36 and to return said working fluid in said loop 31 -36, after cooling said generator 21.
  • the return of said working fluid in said loop 31 -36 is via part of the branch referenced 38 in FIG.
  • Said cooling device is configured to cool said generator 21 by vaporizing said working fluid inside said generator 21. It should be noted that said working fluid enters the liquid phase in said generator 21.
  • said loop comprises a first section 31 in which circulates the working fluid in the vapor state, high temperature and high pressure.
  • This section 31 conducts the working fluid to the turbine 22, through which it expands, while driving the turbine in a rotational movement, movement advantageously transmitted to the generator 21 via a transmission shaft.
  • the working fluid leaves said turbine 22 and circulates in a section 32 in the vapor state, high temperature and low pressure.
  • This section 32 conducts the fluid to a condenser 50 whose function is to completely condense said fluid. It should be noted, as an option, that said fluid first passes through a regenerator 70 before being passed through an intermediate section 33 to said condenser 50.
  • said working fluid flows from the condenser 50 to a pump 60, in particular via a section 34. Said working fluid is then in the liquid state, low temperature and low pressure. After passing through said pump 60, the working fluid is still in the state of liquid, low temperature but at high pressure.
  • said working fluid passes firstly through said regenerator 70 before being circulated to said evaporator 80 via an intermediate section 36.
  • the branch 37 which is configured to supply the cooling device with working fluid from said loop 31 -36.
  • said cooling device may be supplied by a stitching at other points of the loop 31 -36, as long as the working fluid is in the liquid state and at a pressure slightly greater than that which prevails at the level of the condenser 50.
  • the purpose is to allow said working fluid thus stitched, to circulate inside said generator 21.
  • said working fluid is returned in said loop 31 -36, after cooling. Cooling being, according to the invention, by vaporization of said working fluid inside said generator 21, said working fluid comes out in the gaseous state, in the form of steam, and can be reinjected at any point of the loop 31 -36 where the fluid flows in the gaseous state, in particular at low pressure, as here upstream of said condenser 50, that is to say in section 32, or 33 in the event of the presence of a regenerator 70 .
  • any other nozzle configuration of the fluid in the liquid state is conceivable, like any other return configuration of the same fluid, in the gaseous state, to said loop 31 -36, without departing from the scope of the invention.
  • the working fluid intended to be vaporized in said cooling device is advantageously brought into said generator 21 via a valve 40, called the expansion valve 40.
  • This expansion valve 40 is here positioned in the branch 37, which is actually a bypass branch of a portion of the working fluid, between the output of the pump 60 and said generator 21.
  • the working fluid to be vaporized in said cooling device may be injected into said generator 22 via a nozzle 41, called the injection nozzle 41, shown in FIG. 2.
  • the condenser 50 allows the evacuation of the heat accumulated inside the generator 21.
  • the condenser 50 controls the cooling of the generator 21.
  • the pump 60 is able to increase the pressure of said working fluid when it is in the liquid phase, and that it is advantageously positioned downstream of said condenser 50.
  • the condenser 50 is in connection with a cooling circuit which comprises a cold source 91 dimensioned accordingly, in particular taking into account the double function of the condenser 50.
  • Said cooling circuit is a circuit external to the loop 31 -36.
  • regenerator 70 makes it possible to exchange thermal energy between said working fluid when it is in the gaseous phase and said working fluid when it is in the liquid phase.
  • Said regenerator 70 is here positioned downstream of the turbine 22 in a portion of the loop 31 -36 configured for the circulation of the working fluid in the gas phase, in particular between the section 32 and the intermediate section 33 and downstream of said pump 60 in a portion of the loop 31 -36 configured for the circulation of fluid in the liquid phase, in particular between the section 35 and the intermediate section 36.
  • the evaporator 80 is configured to evaporate the working fluid when it is in the liquid phase.
  • Said evaporator 80 is positioned between said pump 60 and said turbine 22. To do this, the evaporator 80 is connected to a heating circuit which comprises a hot source 92. Said heating circuit is a circuit external to the loop 31. 36.
  • FIG. 2 illustrates an example of a cooling device which is configured to cool said generator 21.
  • said generator 21 is advantageously an electromagnetic generator. It comprises a stator 24 and a rotor 23, in particular electromagnetic.
  • Said cooling device comprises a cavity 26 formed in a body intended to form part of said rotor 23, said cavity 26 being intended to receive the working fluid, in particular in the liquid state.
  • Said device is designed to create a film of said working fluid in its liquid state, in said cavity 26, under the effect of an existing centrifugal force when the rotor 23 is driven in a rotational movement with respect to said stator 24.
  • Said device is also designed to allow evacuation of said fluid, in its gaseous state, towards the outside of the cavity 26, in particular via channels 25 regularly distributed around a longitudinal extension axis of the rotor 23, said axis of the rotor and referenced X in Figure 2.
  • Said cavity 26 comprises in particular a pair of walls 28, 29 arranged to retain the fluid film in the liquid state.
  • said walls 28, 29 allow the retention of a fluid blade in the liquid state, at the rotor 23 of said generator 21.
  • Said fluid blade is intended to be vaporized and it is the use of the enthalpy of change of state of said fluid which allows the cooling of said generator 21, in particular at the level of said rotor 23.
  • the walls 28, 29 forming the cavity 26 are flanges formed in the body of the rotor 23, protrusions of material of said rotor, or elements cantilevered on said rotor 23. It should be noted that any protruding element from the surface, particularly smooth, of the rotor 23 and allowing the retention of a fluid film in the liquid state is included in the invention. Thus, the example illustrated and described here is not limiting.
  • the rotor 23 comprises a body, forming a shaft 23 ', which is primarily represented by its useful part.
  • useful part is meant the part able to participate in the generation of electric current of the electromagnetic generator 21; in other words, the part that carries an electromagnetic element 23.
  • the portion of the shaft 23 bearing the bearing assemblies which allow the rotational mobility of the rotor 23 is only partially illustrated here.
  • the electromagnetic generator 21 comprises an electromagnetic element 23 "mounted on the shaft 23 'of the rotor 23.
  • Said electromagnetic element 23" may be a permanent magnet.
  • the cavity 26 is here positioned between the electromagnetic winding 23 "and the shaft 23.
  • said shaft 23 ' has a principal direction of longitudinal extension, said main axis, which is referenced X in Figure 2.
  • said cavity 26 extends longitudinally along the electromagnetic winding 23 ", in the direction of said main axis X. More specifically, a bottom 26 'of said cavity 26 is in contact with at least a portion of said winding electromagnetic 23 ".
  • the cavity 26 is not constituted here by the single zone provided with the bottom 26 'in contact with the electromagnetic winding 23 "since it also comprises the pair of said walls 28, 29 arranged laterally.
  • the walls 28, 29 forming the cavity 26 are flanges formed in said shaft 23 ', material protrusions of said shaft 23', or even elements cantilevered on said shaft 23 '. It should be noted that any element protruding from the surface, particularly smooth, of the shaft 23 'and allowing the retention of a fluid film in the liquid state is included in the invention. Thus, the example illustrated and described here is not limiting.
  • the walls 28, 29 are advantageously configured so as to allow a fluid portion to remain in the liquid state in the cavity 26 they delimit, in particular under the action of the centrifugal force that the part undergoes. rotating electromagnetic generator 21. Said walls 28, 29 are advantageously configured so as to allow said fluid portion to escape from said cavity 26 thus delimited only by vaporization.
  • the cavity 26 is formed by the zone provided with the bottom 26 'in contact with the electromagnetic winding 23 ", but also by another zone located at an intake block 43 of the liquid in said cavity 26.
  • Said intake block 43 comprises means for injecting said fluid in the liquid state, called intake rod 41 in the following.
  • This intake rod 41 is fixedly mounted with respect to the stator 24, in particular with respect to the casing 24 "'of said stator 24, it is a pipe for supplying liquid into the cavity 26.
  • the block of emission 40 is therefore composed of a fixed part relative to the stator 24 - said intake rod 41, and a fixed part relative to the rotor 23.
  • Said fixed part relative to the rotor 23 is an annular ring fixed to the rotor 23 and marked 42
  • said annular ring 42 is made of a material that is impervious to liquids, it being this annular ring 42 that forms, here, one of said walls 28 of the cavity 26.
  • the cavity 26 is intended to receive a fluid in the liquid state.
  • the cooling device is designed to create a film of said fluid in said cavity 26, in particular at the zone provided with said bottom 26 ', in particular under the effect of an existing centrifugal force when the rotor 23 is driven in a rotational movement with respect to the stator 24.
  • Said device further comprises one or more channels for discharging said fluid towards the outside of the cavity 26, said fluid being discharged via the channel (s) In the gaseous state.
  • the cooling device comprises one or more liquid supply channels 25 ', in the liquid state, between said inlet block 43 and the part of the cavity 26 which is formed in the inside of the shaft 23 ', namely the zone provided with the bottom 26' in contact with the electromagnetic winding 23 ".
  • These supply channels 25 'of fluid in the liquid state are here considered as belonging to the cavity 26 as situated between the two walls 28, 29. Said channels 25, 25 'of fluid supply and discharge are, for example, distributed angularly around the main axis X.
  • the fluid film created in the cavity 26, as illustrated in FIG. 2 participates in the absorption of the heat produced by the rotation of the rotor 23 inside the stator 24. In fact, its vaporization allows the cooling said generator, in particular at the mobile part 23 of said generator 21. In addition, the small fluid thickness in the liquid state, due to its film configuration, facilitates its rise in temperature and therefore the achievement of its vaporization point.
  • the film of the fluid in the liquid state remains plated, or stagnant, inside the cavity 26.
  • Said zone provided with the bottom 26 ' is configured so that said film has a free surface through which the fluid vaporizes.
  • the fluid once vaporized, is discharged through the discharge channels 25 which are gas evacuation channels (see arrows 25 "in Figure 2).
  • evacuation channels 25 ' are provided closer to the main axis X than the supply channels 25'.
  • the fluid once vaporized, has a density approximately 100 times lower than the density of the same fluid in the liquid state. This advantageously participates in the mechanical evacuation of the vaporized fluid, without external assistance, except for a simple difference in pressure, that is to say without internal means dedicated to the circulation of said fluid.
  • the intake rod 41 is a liquid supply pipe which is not oversized.
  • the injection of liquid fluid by the intake rod 41 may advantageously be enslaved, for example by an overflow sensor located at the level of liquid purges positioned close to the bearings (details not shown here).
  • the device of the invention proposes a cooling of the electromagnetic generator 21, this with the aid of a simple arrangement, in particular an arrangement of supply channels 25 'and discharge 25 of a fluid, said channels being carried by the rotor 23 of said generator 21.
  • the cooling device advantageously comprises a ring 27, positioned on the side of said intake rod 41, said ring 27 being configured to block any gas evolution.
  • said ring 27 blocks any gas leaks on the side of the intake block 43, especially in case of gas leakage through the supply channel 25 'of fluid in the liquid state.
  • the intake block 43 is advantageously opposed to the exhaust channel 25 of the cooling device, along said main axis X, with respect to said cavity 26.
  • the system 10 advantageously comprises a sealing device (not shown here) arranged to ensure a seal between said turbine 22 and said generator 21.
  • Said sealing device is positioned between said turbine 22 and said generator 21; it comprises in particular a seal configured to prevent said working fluid, when in the gaseous phase, from circulating from said turbine 22 to said generator 21.
  • the extraction of the working fluid in the vapor state, high temperature and low pressure, towards the condenser 50 is between the turbine 22 and the generator 21.
  • the generator 21 will also comprise a circuit configured to cool the stator 24 by fluid circulation, said fluid entering the liquid state (inlet marked 24 'in FIG. 2) in said cooling circuit and leaving it in the gaseous state (outlet 24 "in FIG. 2), the inlet 24 'and the outlet 24" are made directly in the housing 24 "' of the stator 24.
  • the fluid used to cool the electromagnetic generator 21 - at the rotor 23 and / or at the stator 24 - is the same working fluid that circulates within the system 10 according to the invention.
  • the quenching of working fluid in the liquid state will still occur in a part of the loop in which the fluid circulates in the liquid state, at low temperature and at relatively high pressure, while the reinjection of said fluid to the fluid
  • the gaseous state will be in the loop, in a part in which said fluid circulates in the gaseous state and, preferably, at low pressure.
  • the system 10 of the invention therefore requires a low liquid flow rate to cool the generator 21 of the loop 31 -36 that it includes, especially when this flow rate is compared to that usually used by a cooling loop by heating a liquid, even though this liquid is the same as the working fluid of the thermodynamic system in which it is positioned.
  • the rotor 23 is driven by any motive force resulting from a transformation of solar, wind, tidal or even nuclear energy, providing a driving torque, either directly or through a turbine.

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Abstract

L'invention concerne un système thermodynamique (10), notamment système (10) mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine, comprenant une boucle de circulation (31-36) d'un fluide de travail, ladite boucle (31-36) comprenant un moyen de production d'énergie (20), ledit système (10) comprenant en outre un dispositif de refroidissement dudit moyen de production d'énergie (20) et une branche (37, 38) configurée pour alimenter ledit dispositif de refroidissement en fluide de travail depuis ladite boucle (31 -36) et retourner ledit fluide de travail dans ladite boucle (31-36), ledit dispositif de refroidissement étant configuré de manière à refroidir ledit moyen de production d'énergie (20) par vaporisation dudit fluide de travail à l'intérieur dudit moyen de production (20), ledit fluide de travail entrant en phase liquide dans ledit moyen de production d'énergie (20).

Description

Système thermodynamique
L'invention concerne un système thermodynamique, notamment un système mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine.
Il est connu de prévoir des systèmes mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine sous la forme de circuits qui permettent la circulation d'un fluide de travail. En étant circulé dans de tels circuits, le fluide de travail change de phase, notamment passe de l'état gazeux à l'état liquide, et réciproquement.
Ces circuits comprennent, habituellement, une turbine couplée à un générateur, notamment un générateur électromagnétique. Dans de tels circuits, la turbine est entraînée par la détente du fluide de travail à l'état gazeux. La turbine, ainsi entraînée, transmet une énergie mécanique au générateur qui la transforme en énergie électrique, notamment via un élément mobile en rotation tel qu'un arbre.
Compte tenu de la chaleur dégagée par le générateur, il est indiqué de prévoir un dispositif de refroidissement. Cependant, les dispositifs de refroidissement connus sont complexes ; ils nécessitent notamment de prévoir un circuit spécifique pour un fluide de refroidissement.
Un but de la présente invention est de prévoir un refroidissement simple du générateur d'un système thermodynamique, notamment d'un système mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine. Ainsi, l'invention concerne un système thermodynamique, notamment un système mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine, comprenant une boucle de circulation d'un fluide de travail, ladite boucle comprenant un moyen de production d'énergie.
Ledit système comprend, en outre, un dispositif de refroidissement dudit moyen de production d'énergie et une branche configurée pour alimenter ledit dispositif de refroidissement en fluide de travail depuis ladite boucle et retourner ledit fluide de travail dans ladite boucle, ledit dispositif de refroidissement étant configuré de manière à refroidir ledit moyen de production d'énergie par vaporisation dudit fluide de travail à l'intérieur dudit moyen de production, ledit fluide de travail entrant en phase liquide dans ledit moyen de production d'énergie.
Selon l'invention, ledit moyen de production d'énergie comprend une turbine, faisant partie de ladite boucle, et un générateur d'énergie électrique couplé à ladite turbine, ladite turbine étant destinée à être entraînée par la détente dudit fluide de travail en phase gazeuse, ledit dispositif de refroidissement étant configuré pour refroidir ledit générateur, ledit générateur étant un générateur électromagnétique comprenant un stator et un rotor, ledit dispositif de refroidissement comprenant une cavité formée dans un corps destiné à faire partie dudit rotor, ladite cavité étant destiné à recevoir le fluide de travail, ledit dispositif étant conçu pour créer un film dudit fluide de travail dans son état liquide, dans ladite cavité, sous l'effet d'une force centrifuge existante lorsque le rotor est animé d'un mouvement de rotation par rapport audit stator, ledit dispositif étant en outre conçu pour permettre une évacuation dudit fluide dans son état gazeux vers l'extérieur de la cavité.
Le système thermodynamique de l'invention comprend un dispositif de refroidissement qui utilise le fluide de travail du système pour refroidir le moyen de production d'énergie dudit système. Cela permet un refroidissement simple dudit moyen de production d'énergie car ce refroidissement ne fait pas appel à un circuit externe de circulation d'un fluide de refroidissement.
D'autre part, un refroidissement par fluide liquide demande un débit important ; tandis qu'ici, c'est l'enthalpie du changement d'état du fluide de travail qui est utilisée pour le refroidissement du moyen de production d'énergie. Cela permet de prévoir, avantageusement, un débit de fluide de travail liquide qui reste faible, notamment à l'entrée du dispositif de refroidissement du moyen de production d'énergie.
De plus, le fluide de travail ainsi évaporé peut, avantageusement, être relâché dans le système thermodynamique, en tout point où ledit fluide se présente sous forme gazeuse.
Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui pourront être pris ensemble ou séparément : - le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement est amené dans ledit moyen de production d'énergie, en particulier dans ledit générateur, via une vanne, dite vanne de détente,
- le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement est injecté dans ledit moyen de production d'énergie, en particulier dans ledit générateur, via une buse, dite buse d'injection,
- ladite boucle comprend en outre un condenseur,
- ledit condenseur est configuré pour condenser le fluide de travail lorsqu'il est en phase gazeuse,
- ladite boucle comprend en outre une pompe,
- ladite pompe est apte à augmenter la pression dudit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide,
- ladite pompe est positionnée en aval dudit condenseur,
- le fluide de travail destiné à être vaporisé dans le dispositif de refroidissement est piqué dans la boucle en aval de ladite pompe,
- ladite boucle comprend en outre un régénérateur,
- ledit régénérateur est configuré pour échanger de l'énergie thermique entre ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase gazeuse et ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide,
- ledit régénérateur est positionné en aval de ladite turbine dans une partie de la boucle configurée pour la circulation du fluide de travail en phase gazeuse et en aval de ladite pompe dans une partie de la boucle configurée pour la circulation du fluide en phase liquide,
- ladite boucle comprend en outre un évaporateur,
- ledit évaporateur est configuré pour évaporer le fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide,
- ledit évaporateur est positionné entre ladite pompe et ladite turbine,
- le fluide de travail vaporisé à l'intérieur dudit moyen de production d'énergie, en particulier à l'intérieur dudit générateur, par ledit dispositif de refroidissement est relâché dans la boucle en amont dudit condenseur,
- le système selon l'invention comprend en outre un dispositif d'étanchéité agencé de manière à assurer une étanchéité entre ladite turbine et ledit générateur, - ledit dispositif d'étanchéité est positionné entre ladite turbine et ledit générateur,
- ledit dispositif d'étanchéité comprend une garniture d'étanchéité configurée pour empêcher ledit fluide de travail, lorsqu'il est en phase gazeuse, de circuler de ladite turbine vers ledit générateur,
- ladite cavité comprend une paire de parois arrangées pour retenir le film du fluide à l'état liquide,
- ledit dispositif de refroidissement comprend un moyen d'injection dudit fluide à l'état liquide au niveau de ladite cavité et un canal d'évacuation,
- ledit moyen d'injection dudit fluide à l'état liquide au niveau de ladite cavité est opposé au canal d'évacuation, par rapport à ladite cavité,
- le rotor comprend un arbre, formé dudit corps, et sur lequel est monté un élément électromagnétique, ledit arbre présentant une direction principale d'extension longitudinale, dit axe principal,
- l'élément électromagnétique est un enroulement électromagnétique,
- la cavité du dispositif de refroidissement est positionnée entre ledit enroulement électromagnétique et ledit arbre,
- ladite cavité s'étend longitudinalement le long dudit enroulement électromagnétique, dans la direction dudit axe principal,
- un fond de ladite cavité est en contact avec au moins une partie dudit enroulement électromagnétique.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'au moins un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés suivants :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un système selon l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique en coupe, partielle, d'un exemple de réalisation d'un générateur d'un système selon l'invention. Comme illustré sur la figure 1 , l'invention concerne un système thermodynamique 10, notamment un système 10 mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine. Ce système 10 comprend une boucle de circulation 31 -36 d'un fluide de travail. Ladite boucle 31 -36 comprend un moyen de production d'énergie 20.
Ledit moyen de production d'énergie 20 comprend, avantageusement, une turbine 22 et un générateur d'énergie électrique 21 couplé à ladite turbine 22. Ladite turbine 22 est destinée à être entraînée par la détente dudit fluide de travail en phase gazeuse.
Selon l'invention, ledit système 10 comprend, en outre, un dispositif de refroidissement dudit générateur 21 . Ledit système 10 comprend une branche 37 configurée pour alimenter ledit dispositif de refroidissement en fluide de travail depuis la boucle 31 -36 et retourner ledit fluide de travail dans ladite boucle 31 -36, après refroidissement dudit générateur 21 . Le retour dudit fluide de travail dans ladite boucle 31 -36 se fait via une partie de la branche référencée 38 sur la figure 1 .
Ledit dispositif de refroidissement est configuré de manière à refroidir ledit générateur 21 par vaporisation dudit fluide de travail à l'intérieur dudit générateur 21 . Il est à noter que ledit fluide de travail entre en phase liquide dans ledit générateur 21 .
Afin de situer les éléments compris par la boucle de circulation 31 -36 du fluide, nous allons décrire les éléments qu'elle comprend et les sections 31 -36 qui relient lesdits éléments entre eux.
Ainsi, ladite boucle comprend une première section 31 dans laquelle circule le fluide de travail à l'état de vapeur, haute température et haute pression. Cette section 31 conduit le fluide de travail vers la turbine 22, à travers laquelle il se détend, tout en entraînant la turbine dans un mouvement de rotation, mouvement avantageusement transmis au générateur 21 via un arbre de transmission.
Le fluide de travail quitte ladite turbine 22 et circule dans une section 32 à l'état de vapeur, haute température et basse pression. Cette section 32 conduit le fluide vers un condenseur 50 qui a pour fonction de condenser totalement ledit fluide. Il est à noter, à titre optionnel, que ledit fluide passe d'abord à travers un régénérateur 70 avant d'être conduit, via une section intermédiaire 33, vers ledit condenseur 50.
Une fois condensé entièrement, ledit fluide de travail circule du condenseur 50, vers une pompe 60, notamment via une section 34. Ledit fluide de travail est alors à l'état liquide, basse température et basse pression. Après son passage à travers ladite pompe 60, le fluide de travail est encore à l'état de liquide, basse température mais à haute pression.
Il est circulé via une section 35 en direction d'un évaporateur 80 duquel il sort sous forme de vapeur, haute température et haute pression, pour ensuite être dirigé vers la turbine 22, notamment via la section 31 déjà évoquée.
Dans le cas où ladite boucle 31 -36 comprend un régénérateur 70, ledit fluide de travail passe d'abord à travers ledit régénérateur 70 avant d'être circulé vers ledit évaporateur 80, via une section intermédiaire 36.
Selon le mode de réalisation ici représenté, c'est la branche 37 qui est configurée pour alimenter le dispositif de refroidissement en fluide de travail depuis ladite boucle 31 -36. Il est cependant à noter que ledit dispositif de refroidissement pourra être alimenté par un piquage en d'autres points de la boucle 31 -36, du moment que le fluide de travail est à l'état liquide et à une pression légèrement supérieure à celle qui règne au niveau du condenseur 50. En effet, le but est de permettre audit fluide de travail ainsi piqué, de circuler à l'intérieur dudit générateur 21 .
Selon le même mode de réalisation, c'est via la partie de la branche 38 que ledit fluide de travail est retourné dans ladite boucle 31 -36, après refroidissement. Le refroidissement se faisant, selon l'invention, par vaporisation dudit fluide de travail à l'intérieur dudit générateur 21 , ledit fluide de travail en sort à l'état gazeux, sous forme de vapeur, et peut être réinjecté en tout point de la boucle 31 -36 où le fluide circule à l'état gazeux, notamment à basse pression, comme ici en amont dudit condenseur 50, c'est-à-dire dans la section 32, ou 33 en cas de présence d'un régénérateur 70.
Tout autre configuration de piquage du fluide à l'état liquide est envisageable, comme toute autre configuration de retour du même fluide, à l'état gazeux, vers ladite boucle 31 -36, ceci sans sortir du cadre de l'invention. Il est à noter que le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement est avantageusement amené dans ledit générateur 21 via une vanne 40, dite vanne de détente 40. Cette vanne de détente 40 est ici positionnée dans la branche 37, qui est en fait une branche de dérivation d'une partie du fluide de travail, entre la sortie de la pompe 60 et ledit générateur 21 . Le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement pourra être injecté dans ledit générateur 22 via une buse 41 , dite buse d'injection 41 , représentée sur la figure 2.
Dans l'exemple illustré, le condenseur 50 permet l'évacuation de la chaleur accumulée à l'intérieur du générateur 21 . Ainsi, outre sa fonction à l'intérieur de la boucle thermodynamique 31 -36, le condenseur 50 contrôle le refroidissement du générateur 21 .
Il est à noter, encore, que la pompe 60 est apte à augmenter la pression dudit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide, et qu'elle est avantageusement positionnée en aval dudit condenseur 50. Pour éviter tout souci de cavitation de ladite pompe 60, tout le fluide doit passer de l'état gazeux à l'état liquide au niveau du condenseur 50, notamment à la pression du condenseur 50. Pour ce faire, le condenseur 50 est en lien avec un circuit de refroidissement qui comprend une source froide 91 dimensionnée en conséquence, en particulier compte-tenu de la double fonction du condenseur 50. Ledit circuit de refroidissement est un circuit externe à la boucle 31 -36.
Il est à noter, également, que le régénérateur 70, optionnel, permet d'échanger de l'énergie thermique entre ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase gazeuse et ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide. Ledit régénérateur 70 est, ici, positionné en aval de la turbine 22 dans une partie de la boucle 31 -36 configurée pour la circulation du fluide de travail en phase gazeuse, notamment entre la section 32 et la section intermédiaire 33 et en aval de ladite pompe 60 dans une partie de la boucle 31 -36 configurée pour la circulation du fluide en phase liquide, notamment entre la section 35 et la section intermédiaire 36. Il est encore à noter que l'évaporateur 80 est configuré pour évaporer le fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide. Ledit évaporateur 80 est positionné entre ladite pompe 60 et ladite turbine 22. Pour ce faire, l'évaporateur 80 est en lien avec un circuit de chauffage qui comprend une source chaude 92. Ledit circuit de chauffage est un circuit externe à la boucle 31 -36.
La figure 2 illustre un exemple de dispositif de refroidissement qui est configuré pour refroidir ledit générateur 21 . Il est à noter que ledit générateur 21 est avantageusement un générateur électromagnétique. Il comprend un stator 24 et un rotor 23, notamment électromagnétiques.
Ledit dispositif de refroidissement comprend une cavité 26 formée dans un corps destiné à faire partie dudit rotor 23, ladite cavité 26 étant destiné à recevoir le fluide de travail, notamment à l'état liquide. Ledit dispositif est conçu pour créer un film dudit fluide de travail dans son état liquide, dans ladite cavité 26, sous l'effet d'une force centrifuge existante lorsque le rotor 23 est animé d'un mouvement de rotation par rapport audit stator 24.
Ledit dispositif est en outre conçu pour permettre une évacuation dudit fluide, dans son état gazeux, vers l'extérieur de la cavité 26, notamment via des canaux 25 régulièrement répartis autour d'un axe d'extension longitudinal du rotor 23, dit axe du rotor et référencé X sur la figure 2. Ladite cavité 26 comprend notamment une paire de parois 28, 29 arrangées pour retenir le film du fluide à l'état liquide. Autrement dit, lesdites parois 28, 29 permettent la rétention d'une lame de fluide à l'état liquide, au niveau du rotor 23 dudit générateur 21 . Ladite lame de fluide est destinée à être vaporisée et c'est l'utilisation de l'enthalpie de changement d'état dudit fluide qui permet le refroidissement dudit générateur 21 , notamment au niveau dudit rotor 23.
Les parois 28, 29 formant la cavité 26 sont des rebords formés dans le corps du rotor 23, des excroissances de matière dudit rotor, voire des éléments en porte-à- faux sur ledit rotor 23. Il est à noter que tout élément faisant saillie à partir de la surface, notamment lisse, du rotor 23 et permettant la retenue d'un film de fluide à l'état liquide est compris dans l'invention. Ainsi, l'exemple illustré et décrit ici n'est pas limitatif.
De plus, lesdites parois 28, 29 sont avantageusement configurées pour ne laisser s'échapper ladite portion de fluide de ladite cavité 26 ainsi délimitée que par vaporisation, voire par débordement. Le rotor 23 comprend un corps, formant un arbre 23', qui est avant tout représenté par sa partie utile. On entend par « partie utile », la partie apte à participer à la génération de courant électrique du générateur électromagnétique 21 ; autrement dit, la partie qui porte un élément électromagnétique 23". Encore autrement dit, la partie de l'arbre 23' portant les montages de roulement qui permettent la mobilité en rotation du rotor 23 n'est que partiellement illustrée ici.
Le générateur électromagnétique 21 comprend un élément électromagnétique 23" monté sur l'arbre 23' du rotor 23. Ledit élément électromagnétique 23" pourra être un aimant permanent. Ledit élément électromagnétique 23" est, ici, un enroulement électromagnétique. Il pourra être de toute autre forme, tel qu'un rotor à cage, ceci sans sortir du cadre de l'invention.
De plus, comme cela est visible sur la figure 2, la cavité 26 est ici positionnée entre l'enroulement électromagnétique 23" et l'arbre 23'. Il est à noter que ledit arbre 23' présente une direction principale d'extension longitudinale, dit axe principal, qui est référencé X sur la figure 2.
A ce propos, ladite cavité 26 s'étend longitudinalement le long de l'enroulement électromagnétique 23", dans la direction dudit axe principal X. Plus précisément, un fond 26' de ladite cavité 26 est en contact avec au moins une partie dudit enroulement électromagnétique 23". Cependant, la cavité 26 n'est pas constituée, ici, par la seule zone munie du fond 26' en contact avec l'enroulement électromagnétique 23" puisqu'elle comprend aussi la paire desdites parois 28, 29 disposées latéralement.
Les parois 28, 29 formant la cavité 26 sont des rebords formés dans ledit arbre 23', des excroissances de matière dudit arbre 23', voire des éléments en porte- à-faux sur ledit arbre 23'. Il est à noter que tout élément faisant saillie à partir de la surface, notamment lisse, de l'arbre 23' et permettant la retenue d'un film de fluide à l'état liquide est compris dans l'invention. Ainsi, l'exemple illustré et décrit ici n'est pas limitatif.
Autrement dit, les parois 28, 29 sont avantageusement configurées de manière à laisser stagner une portion de fluide à l'état liquide dans la cavité 26 qu'elles délimitent, notamment sous l'action de la force centrifuge que subit la partie tournante du générateur électromagnétique 21 . Lesdites parois 28, 29 sont avantageusement configurées pour ne laisser s'échapper ladite portion de fluide de ladite cavité 26 ainsi délimitée que par vaporisation. Ici, la cavité 26 est formée par la zone munie du fond 26' en contact avec l'enroulement électromagnétique 23", mais aussi par une autre zone, située au niveau d'un bloc d'admission 43 du liquide dans ladite cavité 26.
Ledit bloc d'admission 43 comprend un moyen d'injection dudit fluide à l'état liquide, appelé canne d'admission 41 dans la suite. Cette canne d'admission 41 est montée fixe par rapport au stator 24, notamment par rapport au carter 24"' dudit stator 24 ; c'est un tuyau d'amenée de liquide dans la cavité 26. Le bloc d'amission 40 est donc composé d'une partie fixe par rapport au stator 24 - ladite canne d'admission 41 , et d'une partie fixe par rapport au rotor 23. Ladite partie fixe par rapport au rotor 23 est une bague annulaire fixée au rotor 23 et repérée 42 sur la figure. Ladite bague annulaire 42 sera réalisée en matériau imperméable aux liquides ; c'est cette bague annulaire 42 qui forme, ici, une desdites parois 28 de la cavité 26.
Ainsi, la cavité 26 est destinée à recevoir un fluide à l'état liquide.
Comme illustré à la figure 2, le dispositif de refroidissement est conçu pour créer un film dudit fluide, dans ladite cavité 26, en particulier au niveau de la zone munie dudit fond 26', notamment sous l'effet d'une force centrifuge existante lorsque le rotor 23 est animé d'un mouvement de rotation par rapport au stator 24. Ledit dispositif comprend en outre un ou plusieurs canaux d'évacuation 25 dudit fluide vers l'extérieur de la cavité 26, ledit fluide étant évacué via le ou les canaux 25 à l'état gazeux.
Par opposition auxdits canaux d'évacuation 25, le dispositif de refroidissement comprend un ou plusieurs canaux d'amenée 25' de fluide, à l'état liquide, entre ledit bloc d'admission 43 et la partie de la cavité 26 qui est formée à l'intérieur de l'arbre 23', à savoir la zone munie du fond 26' en contact avec l'enroulement électromagnétique 23".
Ces canaux d'amenée 25' de fluide à l'état liquide sont ici considérés comme appartenant à la cavité 26 car situé entre les deux parois 28, 29. Lesdits canaux 25, 25' d'amenée et d'évacuation des fluides sont, par exemple, distribués angulairement autour de l'axe principal X.
Le film de fluide créé dans la cavité 26, tel qu'illustré sur la figure 2, participe à l'absorption de la chaleur produite par la rotation du rotor 23 à l'intérieur du stator 24. En effet, sa vaporisation permet le refroidissement dudit générateur, notamment au niveau de la partie mobile 23 dudit générateur 21 . En outre, la faible épaisseur de fluide à l'état liquide, due à sa configuration en film, facilite sa montée en température et donc l'atteinte de son point de vaporisation.
Le film du fluide à l'état liquide reste plaqué, ou stagnant, à l'intérieur de la cavité 26. Ladite zone munie du fond 26' est configurée pour que ledit film présente une surface libre par laquelle le fluide se vaporise.
Le fluide, une fois vaporisé, est évacué par les canaux d'évacuation 25 qui sont des canaux d'évacuation des gaz (voire flèches 25" sur la figure 2).
II est à noter que lesdits canaux d'évacuation 25' sont prévus plus proches de l'axe principal X que les canaux d'amenée 25'.
Il est aussi à noter que le fluide, une fois vaporisé, présente une masse volumique environ 100 fois inférieure à la masse volumique du même fluide à l'état liquide. Ceci participe avantageusement à l'évacuation mécanique du fluide vaporisé, sans aide extérieure, si ce n'est une simple différence de pression, c'est-à-dire sans moyen interne dédié à la circulation dudit fluide.
Il est à noter, encore, que la chaleur absorbée par cette vaporisation est supérieure à la chaleur absorbée par le réchauffage d'un gaz qui circulerait au même endroit. Cela signifie aussi que le débit de fluide liquide au niveau du bloc d'admission 43 peut être faible, ce qui participe à augmenter le rendement global du générateur électromagnétique 21 .
Ainsi, la canne d'admission 41 est un tuyau d'amenée de liquide qui n'est pas surdimensionné. De plus, il n'est pas nécessaire de prévoir une pompe pour l'amenée de fluide à l'état liquide dans ladite canne d'admission car le débit à délivrer vers la cavité 26 reste faible.
D'autre part, l'injection de fluide liquide par la canne d'admission 41 pourra avantageusement être asservie, par exemple par un capteur de débordement situé au niveau de purges de liquide positionnées proche des roulements (détails non représentés ici).
Ainsi, le dispositif de l'invention propose un refroidissement du générateur électromagnétique 21 , ceci à l'aide d'un arrangement simple, notamment un arrangement de canaux d'amenée 25' et d'évacuation 25 d'un fluide, lesdits canaux étant portés par le rotor 23 dudit générateur 21 .
Il est à noter que le dispositif de refroidissement comprendra avantageusement une bague 27, positionnée du côté de ladite canne d'admission 41 , ladite bague 27 étant configurée pour bloquer tout dégagement gazeux. Ainsi, ladite bague 27 bloque les éventuelles fuites gazeuses du côté du bloc d'admission 43, notamment en cas de fuite de gaz à travers le canal d'amenée 25' de fluide à l'état liquide. D'autre part, il est à noter que le bloc d'admission 43 est avantageusement opposé au canal d'évacuation 25 du dispositif de refroidissement, le long dudit axe principal X, par rapport à ladite cavité 26.
La vaporisation dudit fluide participe au refroidissement dudit générateur. De plus, le fluide, une fois vaporisé, peut être facilement évacué. Ledit dispositif de refroidissement présente donc l'avantage d'être particulièrement efficace car reposant sur un refroidissement par changement de phase, qui plus est avec structure simple. II est à noter que le système 10 selon l'invention comprend avantageusement un dispositif d'étanchéité (non illustré ici) agencé de manière à assurer une étanchéité entre ladite turbine 22 et ledit générateur 21 . Ledit dispositif d'étanchéité est positionné entre ladite turbine 22 et ledit générateur 21 ; il comprend notamment une garniture d'étanchéité configurée pour empêcher ledit fluide de travail, lorsqu'il est en phase gazeuse, de circuler de ladite turbine 22 vers ledit générateur 21 .
Dans ce cas, l'extraction du fluide de travail à l'état de vapeur, haute température et basse pression, en direction du condenseur 50 se trouve entre la turbine 22 et le générateur 21 . Il est à noter également que le générateur 21 comprendra aussi un circuit configuré pour refroidir le stator 24 par circulation de fluide, ledit fluide entrant à l'état liquide (entrée repérée 24' sur la figure 2) dans ledit circuit de refroidissement et en sortant à l'état gazeux (sortie 24" sur la figure 2). L'entrée 24' et la sortie 24" sont pratiquées directement dans le carter 24"' du stator 24.
Il est encore à noter que le fluide utilisé pour refroidir le générateur électromagnétique 21 - au niveau du rotor 23 et/ou au niveau du stator 24 - est le même fluide de travail que celui qui circule au sein du système 10 selon l'invention.
Il est aussi à noter que des variantes de réalisation sont bien sûr possibles. Comme déjà dit, il est aussi envisageable, dans un exemple de réalisation non illustré ici, que le piquage de fluide de travail à l'état liquide pour alimenter le dispositif de refroidissement du générateur 21 puisse se faire en d'autres points de la boucle 31 -36, comme son retour à l'état gazeux dans ladite boucle 31 -36. Cela est d'autant plus indiqué pour des boucles 31 -36 mettant en œuvre le cycle thermodynamique de Rankine et dans lesquelles les éléments qui la composent sont différents de ceux qui viennent d'être décrit ici, voire agencés différemment entre eux.
Le piquage de fluide de travail à l'état liquide se fera tout de même dans une partie de la boucle dans lequel le fluide circule à l'état liquide, à basse température et à relativement haute pression, alors que la réinjection dudit fluide à l'état gazeux se fera dans la boucle, dans une partie dans lequel ledit fluide circule à l'état gazeux et, de préférence, à basse pression.
Le système 10 de l'invention nécessite donc un débit faible de liquide pour refroidir le générateur 21 de la boucle 31 -36 qu'il comprend, notamment lorsque ce débit est comparé à celui habituellement utilisé par une boucle de refroidissement par réchauffement d'un liquide, quand bien même ce liquide est le même que le liquide de travail du système thermodynamique dans lequel il est positionné.
Il est aussi à noter que d'autres variantes de réalisation sont encore possibles. Notamment il est aussi envisageable, dans un exemple de réalisation non illustré ici, que le rotor tourne autour du stator, ceci sans sortir du cadre de l'invention.
Il est aussi envisageable, dans des exemples de réalisation non illustrés ici, que le rotor 23 soit entraîné par toute force motrice provenant d'une transformation d'énergie solaire, éolienne, marémotrice, voire nucléaire, fournissant un couple moteur, soit directement, soit par l'intermédiaire d'une turbine.

Claims

Revendications
1 . Système thermodynamique (10), notamment système (10) mettant en œuvre un cycle thermodynamique de Rankine, comprenant une boucle de circulation (31 -36) d'un fluide de travail, ladite boucle (31 -36) comprenant un moyen de production d'énergie (20), ledit système (10) comprenant en outre un dispositif de refroidissement dudit moyen de production d'énergie (20) et une branche (37, 38) configurée pour alimenter ledit dispositif de refroidissement en fluide de travail depuis ladite boucle (31 -36) et retourner ledit fluide de travail dans ladite boucle (31 -36), ledit dispositif de refroidissement étant configuré de manière à refroidir ledit moyen de production d'énergie (20) par vaporisation dudit fluide de travail à l'intérieur dudit moyen de production (20), ledit fluide de travail entrant en phase liquide dans ledit moyen de production d'énergie
(20) , ledit moyen de production d'énergie (20) comprenant une turbine (22), faisant partie de ladite boucle (31 -36), et un générateur d'énergie électrique
(21 ) couplé à ladite turbine (22), ladite turbine (22) étant destinée à être entraînée par la détente dudit fluide de travail en phase gazeuse, ledit dispositif de refroidissement étant configuré pour refroidir ledit générateur (21 ), ledit générateur (21 ) étant un générateur électromagnétique comprenant un stator (24) et un rotor (23), ledit dispositif de refroidissement comprenant une cavité (26) formée dans un corps destiné à faire partie dudit rotor (23), ladite cavité (26) étant destiné à recevoir le fluide de travail, ledit dispositif étant conçu pour créer un film dudit fluide de travail dans son état liquide, dans ladite cavité (26), sous l'effet d'une force centrifuge existante lorsque le rotor (23) est animé d'un mouvement de rotation par rapport audit stator (24), ledit dispositif étant en outre conçu pour permettre une évacuation dudit fluide dans son état gazeux vers l'extérieur de la cavité (26).
2. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement est amené dans ledit moyen de production d'énergie (20) via une vanne, dite vanne de détente (40).
3. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide de travail destiné à être vaporisé dans ledit dispositif de refroidissement est injecté dans le moyen de production d'énergie (20) via une buse, dite buse d'injection (41 ).
4. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite boucle (31 -36) comprend en outre un condenseur (50), ledit condenseur (50) étant configuré pour condenser le fluide de travail lorsqu'il est en phase gazeuse.
5. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite boucle (31 -36) comprend en outre une pompe (60), ladite pompe (60) étant apte à augmenter la pression dudit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide, ladite pompe (60) étant positionnée en aval dudit condenseur (50).
6. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel le fluide de travail destiné à être vaporisé dans le dispositif de refroidissement est piqué dans la boucle (31 -36) en aval de ladite pompe (60).
7. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel ladite boucle (31 -36) comprend en outre un régénérateur (70), ledit régénérateur (70) étant configuré pour échanger de l'énergie thermique entre ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase gazeuse et ledit fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide, ledit régénérateur (70) étant positionné en aval de ladite turbine (22) dans une partie de la boucle (31 -36) configurée pour la circulation du fluide de travail en phase gazeuse et en aval de ladite pompe (60) dans une partie de la boucle (31 -36) configurée pour la circulation du fluide en phase liquide.
8. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel ladite boucle (31 -36) comprend en outre un évaporateur (80), ledit évaporateur (80) étant configuré pour évaporer le fluide de travail lorsqu'il est en phase liquide, ledit évaporateur (80) étant positionné entre ladite pompe (60) et ladite turbine (22).
9. Système (10) selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, dans lequel le fluide de travail vaporisé à l'intérieur dudit moyen de production d'énergie (20) par ledit dispositif de refroidissement est relâché dans la boucle (31 -36) en amont dudit condenseur (50).
10. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un dispositif d'étanchéité agencé de manière à assurer une étanchéité entre ladite turbine (22) et ledit générateur (21 ), ledit dispositif d'étanchéité étant positionné entre ladite turbine (22) et ledit générateur (21 ).
1 1 . Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel ledit dispositif d'étanchéité comprend une garniture d'étanchéité configurée pour empêcher ledit fluide de travail, lorsqu'il est en phase gazeuse, de circuler de ladite turbine (22) vers ledit générateur (21 ).
12. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite cavité (26) comprend une paire de parois (28, 29) arrangées pour retenir le film du fluide à l'état liquide.
13. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend un moyen d'injection (41 ) dudit fluide à l'état liquide au niveau de ladite cavité (26) et un canal d'évacuation (25), ledit moyen d'injection (41 ) dudit fluide à l'état liquide au niveau de ladite cavité (26) étant opposé au canal d'évacuation (25), par rapport à ladite cavité (26).
14. Système (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rotor (23) comprend un arbre (23'), formé dudit corps, et sur lequel est monté un élément électromagnétique (23"), ledit arbre (23') présentant une direction principale d'extension longitudinale, dit axe principal (X), l'élément électromagnétique (23") étant un enroulement électromagnétique, la cavité (26) du dispositif de refroidissement étant positionnée entre ledit enroulement électromagnétique (23") et ledit arbre (23').
15. Système (10) selon la revendication précédente, dans lequel ladite cavité (26) s'étend longitudinalement le long dudit enroulement électromagnétique (23"), dans la direction dudit axe principal (X), un fond (26') de ladite cavité (26) étant en contact avec au moins une partie dudit enroulement électromagnétique (23").
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