WO2023247852A1 - Système d'alimentation et de refroidissement pour ouvrage flottant - Google Patents

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WO2023247852A1
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supply
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Bernard Aoun
Pavel BORISEVICH
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Gaztransport Et Technigaz
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    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids

Definitions

  • the present invention relates to the field of floating structures for storing and/or transporting gas in the liquid state and more particularly concerns a gas supply and cooling system installed within such floating structures.
  • a floating structure comprising a tank of gas in the liquid state intended to be delivered to a destination point
  • said vessel may be able to use at least part of said gas in the liquid state in order to to power at least one of its engines, via a gas supply system.
  • the floating structure can also include cooling means making it possible to directly or indirectly reliquefy the gas in the vapor state forming in the tank.
  • a refrigerant loop configuration as mentioned may consist of a so-called urboBrayton cycle which corresponds to a Brayton cycle including a turbocharger.
  • the refrigerant loop thus makes it possible to circulate a refrigerant fluid which contributes to the cooling of the gas.
  • Using a TurboBrayton cycle as a refrigerant loop within a tank gas supply and cooling system is effective, but has been found to be no more efficient than some other installations.
  • the present invention allows implementation of such a cycle so as to improve its cooling performance by proposing a gas supply and cooling system for a floating structure comprising at least one tank configured to contain the gas, the system power and cooling including:
  • At least one supply circuit comprising at least one first compression device, the supply circuit being configured to connect the tank to at least one gas consuming device which equips the floating structure,
  • At least a first heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in the vapor state circulating in the supply circuit upstream of the first compression device and the gas in the vapor state circulating in the line of back
  • the refrigerant loop comprising at least a second compression device, a heat exchanger configured to participate in saturation pressure management of the tank, an internal heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the refrigerant fluid circulating in at least a first pass disposed upstream of the heat exchanger and the refrigerant fluid circulating in at least a second pass disposed downstream of the heat exchanger, a turbocharger comprising a member compression device disposed between the second compression device and the first pass of the internal heat exchanger and a turbine disposed between the first pass of the internal heat exchanger and the heat exchanger, the compression member and the turbine being linked in rotation by a shaft, characterized in that the supply circuit comprises a point of divergence, a point of convergence, and at least a first branch and a second branch both starting at the point of divergence and both ending at the point of convergence, the first branch crossing the first heat exchanger, the internal heat exchanger of the ref
  • the supply and cooling system it is possible to exploit the gas in vapor state leaving the tank by circulating it in the internal heat exchanger of the refrigerant loop.
  • the resulting heat exchange then improves the performance of the refrigerant loop and therefore the overall cooling and reliquefaction efficiency of the supply and cooling system.
  • the supply circuit is capable of sucking in the gas in the vapor state forming in a tank head.
  • the gas in the vapor state can form naturally over time or forced by the floating structure.
  • the gas in vapor state In order to regulate the saturation pressure of the tank, the gas in vapor state must either be evacuated or reliquefied.
  • the supply circuit thus ensures the circulation of the gas in the vapor state so that the latter can supply the gas-consuming device.
  • the latter can for example be a motor ensuring the propulsion of the floating structure or a generator supplying the floating structure with electricity.
  • the gas consuming device is capable of being supplied by gas in vapor state if the latter is compressed to an adequate pressure.
  • the first compression device can therefore compress the gas to a pressure compatible with the needs of the gas consuming device.
  • the excess gas in the The compressed vapor state can circulate in the return line in order to be reliquefied.
  • the first heat exchanger ensures pre-cooling of the gas in vapor state circulating in the return line which transfers its calories to the gas in vapor state leaving the tank. Such pre-cooling makes it possible to facilitate the reliquefaction of the gas circulating in the return line subsequently.
  • the refrigerant loop is a TurboBrayton type loop, that is to say a Brayton cycle including a turbo compressor.
  • the refrigerant fluid circulating in the refrigerant loop can for example be nitrogen and is put into circulation by the second compression device.
  • the compression member and the turbine of the turbocharger, through their mechanical connection, are driven in rotation with each other.
  • the turbine is rotated and thus rotates the shaft, which itself rotates the compression member.
  • the refrigerant fluid is therefore initially compressed by the compression member.
  • the refrigerant then passes through the internal heat exchanger via the first pass and is then expanded passing through the turbine.
  • the refrigerant then passes through the heat exchanger. It is in particular this heat exchange which subsequently makes it possible to manage the saturation pressure of the tank.
  • the refrigerant then passes back through the internal heat exchanger but this time via the second pass.
  • a heat exchange therefore occurs in the internal heat exchanger between the refrigerant fluid circulating at high pressure in the first pass and the refrigerant fluid circulating at low pressure in the second pass. This heat exchange ensures thermodynamic regulation of the refrigerating loop.
  • the refrigerant is compressed again by the second compression device.
  • the divergence point divides the power circuit into the first branch and the second branch.
  • the first branch allows the gas to circulate in vapor state within the first heat exchanger mentioned previously.
  • the second branch is arranged in parallel to the first branch and therefore circulates the gas so that the latter bypasses the first heat exchanger.
  • the second branch allows the gas to circulate in vapor state so that it passes through the internal heat exchanger via the third pass.
  • the gas in vapor state leaving the tank can therefore participate in the heat exchange carried out within the internal heat exchanger and therefore in the thermal regulation of the refrigerant loop.
  • the supply and cooling system according to the invention therefore makes it possible to use the low temperature of the gas in the vapor state leaving the tank in order to further cool the refrigerant fluid circulating in the first pass of the heat exchanger. internal, and thus improve the relaxation thereof subsequently which helps to improve the heat exchange occurring in the heat exchanger. THE cooling performance of the refrigerant loop is therefore reinforced.
  • the power supply circuit comprises a third branch arranged in parallel with the first branch and the second branch.
  • This third branch therefore makes it possible to directly join the first compression device without participating in a heat exchange. Circulation via the third branch allows bypass of the first heat exchanger and the internal heat exchanger.
  • the supply and cooling system comprises a cooling circuit comprising at least one pump configured to take the gas in the liquid state from the tank, the heat exchanger being configured to carry out an exchange of heat between the refrigerant fluid circulating in the refrigerant loop and the gas in liquid state circulating in the cooling circuit.
  • the cooling circuit pump can, for example, be immersed at the bottom of the tank in order to collect the gas in the liquid state.
  • the heat exchanger ensures the sub-cooling of the gas in the liquid state by heat exchange with the refrigerant fluid of the refrigerating loop.
  • the gas in the sub-cooled liquid state can therefore participate in the management of the saturation pressure of the tank, for example by reliquefying the gas in the vapor state.
  • the supply and cooling system comprises a second heat exchanger configured to carry out a heat exchange between the gas in the liquid state circulating in the cooling circuit downstream of the heat exchanger and the gas in vapor state circulating in the return line downstream of the first heat exchanger.
  • the heat exchange occurring in the second heat exchanger allows the reliquefaction of the gas in vapor state circulating in the return line.
  • the latter was previously pre-cooled within the first heat exchanger, while the gas in the liquid state circulating in the cooling circuit was previously sub-cooled while passing through the heat exchanger. THE subcooled gas therefore makes it possible to drop the temperature of the gas in the vapor state to the point of reliquefying it.
  • the cooling circuit is connected to the return line downstream of the second heat exchanger, the return line comprising at least one termination opening into the tank.
  • the reliquefied gas and the gas in the liquid state therefore join and circulate together until the end opens into the tank.
  • the termination is a spraying member and/or an orifice disposed in a lower part of the tank.
  • the orifice ensures a return within the tank in order to lower the overall temperature of the gas in the liquid state of the tank.
  • the spraying member allows a projection of gas in the liquid state at the level of the tank top, which promotes the condensation of the gas in the vapor state present in the tank top in order to lower the pressure of saturation of the tank.
  • the power supply and cooling system comprises a cooling path and a projection device, the cooling path being connected to the cooling circuit and extending to the projection device, the device projection being configured to vaporize gas in the liquid state within the second branch, upstream of the third pass of the internal heat exchanger.
  • the cooling channel is derived from the cooling circuit and therefore allows the circulation of gas in the liquid state coming from the tank.
  • the projection device is arranged at the level of the second branch and vaporizes gas in the liquid state within the second branch in which gas circulates in the vapor state. The gas in the liquid state changes to the vapor state while reducing the temperature of the gas in the vapor state circulating in the second branch, before passing into the internal heat exchanger via the third pass.
  • the cooling path and the projection device therefore ensure the cooling of the gas in vapor state coming from the tank, the temperature of the latter being able to vary enormously.
  • Such cooling may prove essential because the circulation of the gas in the vapor state at too high a temperature in the third pass risks degrade the operation of the internal heat exchanger which only tolerates a temperature difference of maximum 28°C between the fluids circulating in two adjacent passes.
  • the cooling channel and the projection device therefore ensure regulation of the temperature of the gas circulating in the second branch in order to avoid any malfunction of the internal heat exchanger due to an excessively high temperature difference between the fluids circulating there. .
  • the supply and cooling system comprises a means of detecting the temperature of the gas circulating within the second branch between the projection device and the third pass of the internal heat exchanger.
  • the detection means can for example be a temperature sensor and is arranged so as to measure the temperature of the gas in the vapor state circulating in the second branch before it enters the internal heat exchanger via the third pass. This temperature check makes it possible to warn if the gas in the vapor state risks harming the proper functioning of the internal heat exchanger due to a temperature that is too high, as mentioned previously.
  • the cooling channel comprises a flow control valve, the supply and cooling system comprising a control module configured to control the flow control valve as a function of the temperature recorded by the means of detection.
  • the flow control valve makes it possible to circulate more or less gas in the liquid state to the projection device. The higher the gas flow rate in the liquid state, the greater the cooling of the gas in the vapor state and vice versa.
  • the control module modifies the flow regulation member in order to obtain a temperature of the gas at the vapor state compatible with the internal heat exchanger and the refrigerant fluid circulating there.
  • the power supply and cooling system comprises an auxiliary supply path connected to the cooling circuit and configured to supply gas to the gas consuming device, the heat exchanger internal comprising a fourth pass constituting the auxiliary supply route.
  • the gas consuming device can be supplied by the auxiliary supply route and the internal heat exchanger then acts as an evaporator for the gas in the liquid state intended to be consumed by the gas consuming appliance.
  • the gas in liquid state is sucked in by the cooling circuit pump and subsequently circulates in the auxiliary supply channel.
  • Gas in liquid state changes to vapor state passing through the fourth pass of the internal heat exchanger, and then is supplied to the gas consuming device.
  • the auxiliary supply line can be connected to the supply circuit upstream or downstream of the first compression device.
  • a heat exchange length of the third pass of the internal heat exchanger is less than a heat exchange length of any one of the passes among the first pass and the second pass.
  • the internal heat exchanger comprises a first end in which an inlet of the first pass is for example provided, and a second end in which an outlet of the first pass is for example provided, an inlet of the third pass being arranged between the first end and the second end.
  • the temperature of the gas in the vapor state leaving the tank may vary and the internal heat exchanger may not tolerate too high a temperature difference between the fluids circulating between two adjacent passes.
  • the inlet of the third pass is arranged so that the refrigerant fluid circulating in the second pass is at a temperature substantially equal to a nominal temperature of the gas in vapor state leaving the tank.
  • the inlet of this third pass is positioned at a level of the internal heat exchanger where the refrigerant fluid circulating in the second pass of the internal heat exchanger has previously accumulated calories by the heat exchange with the refrigerant fluid circulating in the first pass of the internal heat exchanger.
  • the invention also covers a method for managing a gas contained in at least one tank of a floating structure, implemented by a supply and cooling system as described above, during which:
  • the gas in the vapor state coming from the tank is circulated through the first branch if the speed of the floating structure is lower than a defined speed threshold
  • the gas in the vapor state coming from the tank is circulated through the second branch if the speed of the floating structure is greater than said speed threshold.
  • the speed threshold of the floating structure can for example correspond to a speed of 12 knots or 15 knots.
  • the speed threshold When the speed of the floating structure is lower than the speed threshold, the floating structure is considered to be traveling at low or zero speed.
  • the gas-consuming device if it is the engine ensuring the propulsion of the floating structure, therefore consumes little gas in the vapor state. The latter will therefore preferentially circulate within the first branch so that the heat exchange in the first heat exchanger can be carried out and guarantee the pre-cooling of the gas in vapor state circulating in the return line.
  • the supply and cooling system may include a set of valves capable of opening or closing depending on the measured speed of the floating structure .
  • the gas in the vapor state coming from the tank is circulated through the third branch when said gas does not circulate in the first branch and/or in the second branch.
  • Circulation in the third branch can prove useful, for example, during the start-up phases of the floating structure if the temperature of the gas in the vapor state is not compatible for circulating it within the exchanger. internal heat and there is no point in crossing the first heat exchanger.
  • the circulation of gas in vapor state via the third branch can also be used, for example when the refrigerant loop is inoperative.
  • FIG. 1 is a diagram of a first embodiment of a power supply and cooling system according to the invention.
  • FIG. 1 is a diagram of a second embodiment of the power supply and cooling system
  • FIG. 3 is a diagram of a third embodiment of the power supply and cooling system
  • FIG. 4 is a structural diagram of the passes of an internal heat exchanger integrated into the power and cooling system.
  • Figure 1 represents a first embodiment of a power supply and cooling system 1.
  • the power supply and cooling system 1 can be integrated within a floating structure specialized in the transport and/or storage of gas in the liquid state, the latter comprising at least one tank 2 comprising gas in the liquid state.
  • the supply and cooling system 1 is configured to interact with the tank 2 with the aim in particular of regulating the saturation pressure of said tank 2.
  • the gas in the liquid state contained in the tank 2 can partially evaporate and form gas in the vapor state within a sky 3 of the tank 2. Such evaporation can take place naturally or in a forced manner.
  • the gas in the vapor state formed in the sky 3 contributes to the increase in the saturation pressure of the tank and must therefore be evacuated or reliquefied in order to limit such a rise in pressure.
  • the supply and cooling system 1 can treat this gas so that the latter supplies at least one gas consuming device 4.
  • the supply and cooling system cooling 1 is configured to be able to power two gas-consuming devices 4.
  • the floating structure can include a high-pressure gas-consuming device 4, which can be a motor ensuring the propulsion of the floating structure , and a low pressure gas consuming device 4 which can in turn be a generator supplying the floating structure with electricity.
  • the power supply and cooling system 1 comprises a power supply circuit 5 extending between the tank 2 and the gas-consuming devices 4.
  • the power circuit 5 comprises a first compression device 6 making it possible to suck up the gas in vapor state contained in the sky 3 and the tank 2 and to compress it. The gas in the vapor state can then circulate to the gas consuming devices 4 in order to supply them.
  • the supply and cooling system 1 may include additional compressors, not illustrated, which make it possible to increase the pressure of the gas in the vapor state so that the gas in the vapor state or at a pressure compatible with supplying the gas-consuming appliance(s) 4.
  • the supply and cooling system 1 also includes a return line 7 connected to the supply circuit 5, more particularly downstream of the first compression device 6.
  • the return line 7 therefore extends from the supply circuit 5 to the tank 2.
  • the return line 7 allows recirculation of the gas in the vapor state which has not been used to supply the gas consuming appliances 4 if the latter do not need to be supplied or if the gas in the vapor state is present in a quantity greater than the quantity necessary to supply the gas-consuming appliances 4.
  • the gas in the vapor state circulating in the return line 7 is intended to be reliquefied in order to reduce the saturation pressure of the tank, while avoiding eliminating said gas in the vapor state not used for supplying the gas consuming devices 4.
  • the supply and cooling system 1 comprises a first heat exchanger 8 configured to carry out a heat exchange between the gas in the compressed vapor state circulating in the return line 7 and the gas in vapor state circulating in the supply circuit 5 upstream of the first compression device 6.
  • the first heat exchanger 8 thus makes it possible to pre-cool the gas in the vapor state circulating in the return line 7 by using the gas in the vapor state at the outlet of the tank 2 which is at a temperature lower than the gas to be the vapor state circulating in the return line 7. Such pre-cooling helps to facilitate the reliquefaction of the gas in the vapor state subsequently.
  • the power supply and cooling system 1 also comprises a refrigerant loop 9 which corresponds in Figure 1 to a closed circuit within which a refrigerant fluid circulates.
  • the refrigerant fluid circulates in the refrigerating loop 9 in the gaseous state and can for example be nitrogen.
  • the refrigerant loop 9 is more particularly a Brayton cycle comprising a turbocharger 10.
  • the refrigerant loop 9 comprises a second compression device 11 which ensures the circulation of the refrigerant fluid within the refrigerant loop 9.
  • the turbocharger 10 comprises a compression member 12 and a turbine 13 connected together by a shaft 14. turbine 13 is rotated and drives the shaft 14 which itself drives the compression member 12.
  • the refrigerating loop 9 further comprises an internal heat exchanger 15 which comprises a first pass 16 and a second pass 17.
  • the refrigerant fluid circulating in the refrigerant loop 9 also passes through a heat exchanger 18.
  • the high pressure refrigerant fluid then circulates within the first pass 16 and is subsequently expanded within the turbine 13. After having been expanded, the low pressure refrigerant fluid passes through the heat exchanger 18, then circulates in the second pass 17 of the internal heat exchanger 15. A heat exchange therefore occurs within the internal heat exchanger 15, between the refrigerant fluid circulating at high pressure in the first pass 16 and the refrigerant fluid circulating at low pressure in the second pass 17. The refrigerant fluid is again compressed by the second compression device 11 at the outlet of the second pass 17.
  • the refrigerating loop 9 as described so far makes it possible to implement efficient refrigerating capacities, but it has been determined that such a refrigerating loop 9 is not more efficient in terms of refrigerating capacities than another loop structurally different.
  • the supply circuit 5 comprises a point of divergence 19 and a point of convergence 20 arranged downstream of the point of divergence 19.
  • the point of divergence 19 and the point of convergence 20 are arranged on either side of the first heat exchanger 8, and the supply circuit 5 comprises a first branch 21 and a second branch 22 which extend between the point of divergence 19 and the point of convergence 20.
  • the first branch 21 allows the gas in the vapor state coming from the tank 2 to pass through the first heat exchanger 8.
  • the second branch 22 bypasses the first heat exchanger 8 and is configured to circulate the gas in the vapor state within the internal heat exchanger 15.
  • the latter includes a third pass 23 allowing the circulation of gas in the vapor state circulating in the second branch 22 within the internal heat exchanger 15.
  • the second branch 22 and the third pass 23 it is therefore possible to use the gas in the vapor state at the outlet of the tank 2 to further cool the refrigerant fluid. circulating in the first pass 16, which facilitates its expansion by the turbine 13 subsequently. By being expanded more easily, the refrigerant fluid then has better cooling capacities, which improves the overall efficiency of the refrigerating loop 9.
  • Another advantage of such a configuration is that the gas in the vapor state circulating in the third pass 23 can capture calories without negative consequences later.
  • the gas in the vapor state circulating in the supply circuit 5 can circulate within the first branch 21 or the second branch 22, one or the other of these choices being optimized as a function of the speed of the floating work.
  • the floating structure when the speed of the floating structure is lower than a previously defined speed threshold, for example 12 knots or 15 knots, the floating structure travels at low or zero speed.
  • a previously defined speed threshold for example 12 knots or 15 knots
  • the gas in the vapor state therefore circulates preferentially within the first branch 21 so that the heat exchange in the first heat exchanger 8 can be carried out and guarantee the pre-cooling of the gas in the vapor state circulating in the return line 7.
  • the floating structure When the speed of the floating structure is greater than the speed threshold, the floating structure travels at a moderate or high speed. In this situation, the gas in the vapor state circulates preferentially within the second branch 22, and therefore within the third pass 23 of the internal heat exchanger 15, in order to increase the cooling capacity of the loop refrigerant 9.
  • the supply circuit 5 further comprises a third branch 24 installed in parallel with the first branch 21 and the second branch 22.
  • the third branch 24 therefore allows the gas in the vapor state circulating in the supply circuit 5 to bypass the first heat exchanger 8 and bypass the internal heat exchanger 15. Circulating the gas in the vapor state within the third branch 24 is advantageous when the temperature of the gas in the vapor state is not adequate to circulate it within the internal heat exchanger 15 and that there is no interest to pass it through the first heat exchanger 8.
  • the circulation of the gas in the vapor state via the third branch 27 can also be used for example when the refrigerant loop 9 is under maintenance or inoperative.
  • the first branch 21 comprises a first valve 25
  • the second branch 22 comprises a second valve 26
  • the third branch 24 comprises a third valve 27.
  • Each of these three valves 25, 26, 27 can be opened or closed depending on the branch 21, 22, 24 within which the gas in the vapor state must circulate to maximize the performance of the supply and cooling system 1
  • the control of the valves 25, 26, 27 is operated in particular as a function of the speed of the floating structure and if a situation among those mentioned above forces the circulation of the gas in the vapor state within the third branch 27.
  • the supply system 1 also comprises a cooling circuit 28 configured to circulate the gas in the liquid state coming from the tank 2.
  • the cooling circuit 28 comprises a pump 29 making it possible to sample the gas in the liquid state contained therein. in tank 2.
  • the gas in the liquid state circulates within the cooling circuit 28 and passes through the heat exchanger 18.
  • the heat exchanger 18 is configured to carry out a heat exchange between the gas at the liquid state circulating in the cooling circuit 28 and the refrigerant fluid circulating in the refrigerant loop 9.
  • the refrigerant fluid thus makes it possible to subcool the gas in the liquid state passing through the heat exchanger 18.
  • Improve the performance of the refrigerant loop 9 thanks to the circulation of gas in the vapor state in the third pass 23 of the internal heat exchanger 15 thus makes it possible to carry out more effective sub-cooling of the gas in the liquid state within the heat exchanger 18 .
  • the gas in the subcooled liquid state continues its circulation in the cooling circuit 28 until passing through a second heat exchanger 30.
  • the second heat exchanger 30 is configured to carry out an exchange of heat between the gas in the vapor state circulating in the return line 7 and previously cooled after passing through the first heat exchanger 8 if the gas in the vapor state circulating in the supply circuit 5 circulates via the first branch 21, and the gas in the liquid state previously subcooled after passing through the heat exchanger 18. It is therefore within this second heat exchanger 30 that the gas in the vapor state circulating in the return line 7 is reliquefied, the gas in the sub-cooled liquid state being at a temperature sufficiently low to ensure such reliquefaction.
  • the cooling circuit 28 continues at the outlet of the second heat exchanger 30 until it joins the return line 7, the junction of the cooling circuit 28 and the return line 7 being downstream of the second heat exchanger 30 for each of them.
  • Such a connection makes it possible to combine the gas in the liquid state circulating in the cooling circuit 28 with the reliquefied gas circulating in the return line 7.
  • the return line 7 thus extends to the tank 2 and comprises at least one termination 31 opening into said tank 2.
  • the termination 31 can allow regulation of the temperature of the gas contained in the tank 2 and/or the saturation pressure of said tank 2.
  • the termination 31 can thus be an orifice 32 or a spray member 33.
  • the orifice 32 can be arranged at the bottom of the tank in order to guarantee a return of the gas to the liquid state in a zone with the lowest possible temperature.
  • the spray member 33 is arranged at the level of the sky 3 of the tank 2 and sprays gas in the liquid state in the sky 3 of the tank 2 in order to condense the gas in the vapor state present in the sky 3 and thus lower the saturation pressure of the tank 2.
  • Figure 2 represents a second embodiment of the power supply and cooling system 1 according to the invention.
  • the second embodiment is distinguished from first embodiment in that the power supply and cooling system 1 comprises in particular a cooling channel 34 and a projection device 35.
  • the cooling channel 34 is connected to the cooling circuit 28 downstream of the pump 29. It is therefore gas in the liquid state which circulates within the cooling channel 34.
  • the latter extends to the device projection 35 which is arranged at the level of the second branch 22 and which vaporizes the gas in the liquid state circulating in the cooling channel 34 within the second branch.
  • the objective of such an operation is to lower the temperature of the gas in the vapor state circulating in the second branch 22 when it is at too high a temperature.
  • This cooling is carried out before the gas in the vapor state circulates in the third pass 23, within the internal heat exchanger 15.
  • too high a temperature of the gas in the vapor state risks damaging the internal heat exchanger 15 which only tolerates a limited temperature difference between two fluids circulating within two adjacent passes. Cooling the gas to the vapor state is therefore sometimes essential to maintain the proper functioning of the internal heat exchanger 15.
  • the supply and cooling system 1 comprises a detection means 36.
  • the latter is capable of measuring the temperature of the gas in the vapor state. steam circulating in the second branch 22 between the projection device 35 and the third pass 23.
  • the detection means 36 therefore makes it possible to check whether the gas in the vapor state is at a suitable temperature to pass through the internal heat exchanger 15 .
  • the second embodiment of the supply and cooling system 1 also includes a flow control valve 37 which controls the flow of gas in the liquid state circulating in the cooling channel 34.
  • the higher said flow rate the greater the gas in the liquid state is vaporized in the second branch 22, and the more the temperature of the gas in the vapor state circulating in the second branch 22 is lowered.
  • the supply and cooling system 1 finally comprises a control module 38 which is capable of adjusting a passage section of the flow regulating member 37 in order to modify the flow of gas in the liquid state circulating in the channel cooling 34.
  • the control module 38 is in communication with the detection means 36.
  • control module 38 modifies the passage section of the regulating member 37 in order to maintain the gas in the vapor state at an adequate temperature before its circulation in the third pass 23 of the internal heat exchanger 15, in order to preserve the lifespan and proper functioning of the latter.
  • the second embodiment of the power supply and cooling system 1 has structural and functional characteristics identical to those of the first embodiment. We will therefore refer to the description in Figure 1 concerning all of the characteristics common to the two embodiments.
  • FIG. 3 is a representation of a third embodiment of the power supply and cooling system 1.
  • This third embodiment is distinguished in particular from the two embodiments previously described in that it includes an auxiliary power supply path 39 connected to the cooling circuit 28 and extending to join the supply circuit 5 in order to participate in the supply of gas-consuming devices 4.
  • the auxiliary supply route 39 is used when there is no gas in the vapor state available in the sky 3 of the tank 2 to supply the gas consuming devices 4.
  • the pump 29 circulates gas in the liquid state to the auxiliary supply channel 39.
  • the auxiliary supply route 39 passes through the internal heat exchanger 15.
  • the latter therefore differs from previous embodiments in that it includes a fourth pass 40 constituting the auxiliary supply route 39.
  • the heat exchange occurring with the refrigerant fluid allows, all as for the embodiments previously described, to improve the performance of the refrigerating loop 9.
  • the heat exchange also ensures the evaporation of the gas in the liquid state circulating in the fourth pass 40.
  • the internal heat exchanger 15 therefore acts as an evaporator for the gas in the liquid state circulating in the auxiliary supply route 39.
  • the evaporated gas continues its circulation in the auxiliary supply route 39 until it joins the supply circuit 5 and supplies the gas consuming devices 4.
  • the supply route auxiliary power supply 39 is connected to the power supply circuit 5 downstream of the first compression device 6. It is however possible to connect the auxiliary power supply channel 39 to the power supply circuit 5 upstream of the first compression device 6, for example depending on the pressure requirements of gas-consuming devices 4.
  • Figure 4 represents a detailed structure of the different passes of the internal heat exchanger 15 as shown in Figures 1 and 2.
  • the internal heat exchanger 15 can be damaged in the event of a difference in temperature too high between two fluids circulating in two adjacent passes.
  • the problem linked to the temperature of the gas in the vapor state circulating in the third pass 23 can be solved in particular thanks to the second embodiment of the supply and cooling system according to the invention.
  • the internal heat exchanger 15 comprises a first end 41 and a second end 42, which delimit for example a main dimension of the internal heat exchanger 15.
  • the first pass 16 and the second pass 17 therefore both have a heat exchange length Ll, which is of identical dimension to a distance between the first end 41 and the second end 42 of the internal heat exchanger 15.
  • the refrigerant fluid circulating in the second pass 17 increases in temperature during circulation within it, in a direction of circulation going from the second end 42 to the first end 41.
  • an inlet 43 of the third pass 23 is positioned between the first end 41 and the second end 42, for example at one of the walls parallel to the first pass 16 and the second pass 17, while an outlet 44 of the third pass 23 is positioned at one of the ends 41, 42 of the internal heat exchanger, for example the first end 41.
  • the third pass 23 has a heat exchange length L2 less than the heat exchange length Ll of the first pass 16 or the second pass 17.
  • This difference in length allows the refrigerant fluid circulating in the second pass 17 to increase in temperature by heat exchange only with the refrigerant fluid circulating in the first pass 16 initially.
  • the gas in the vapor state therefore enters the third pass 23 via the inlet 43 at a level where the refrigerant fluid circulating in the second pass 17 has previously captured calories and is therefore at a higher temperature than at the entrance to the second pass 17.
  • Such a configuration allows the refrigerant fluid circulating in the second pass 17 to reach a temperature equal to or substantially equal to a nominal temperature of the gas in the vapor state at the tank outlet.
  • the risks of having a high temperature difference between the gas in the vapor state circulating in the third pass 23 and the fluid refrigerant circulating in the second pass 17 are greatly reduced.
  • the temperature difference between two fluids circulating in two adjacent passes must not exceed 28°C. If this risks occurring because the gas in the vapor state is at too high a temperature, said temperature can be lowered using the projection device described in Figure 2, in the case where the supply and cooling system is team.
  • the third pass 23 of the internal heat exchanger 15 can be bypassed, for example by circulating the gas within the third branch.
  • the structure of the internal heat exchanger 15 as described in Figure 4 can be integrated into any embodiment described previously.
  • the invention achieves the goal it set for itself, and makes it possible to propose a power supply and cooling system for a floating structure making it possible to exploit the low temperature of the gas in the liquid state contained in a tank to improve the performance of a refrigerating loop integrated into said system.
  • Variants not described here could be implemented without departing from the context of the invention, since, in accordance with the invention, they include a power supply and cooling system in accordance with the invention.

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Abstract

Système d'alimentation et de refroidissement pour ouvrage flottant La présente invention concerne un système d'alimentation et de refroidissement (1) comprenant : - un circuit d'alimentation (5), - une ligne de retour (7), - un premier échangeur de chaleur (8) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz circulant dans le circuit d'alimentation (5) et le gaz circulant dans la ligne de retour (7), - une boucle réfrigérante (9) comprenant un échangeur de chaleur interne (15) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans une première passe (16) et dans une deuxième passe (17), caractérisé en ce que le circuit d'alimentation (5) comprend une première branche (21) et une deuxième branche (22), la première branche (21) traversant le premier échangeur de chaleur (8), l'échangeur de chaleur interne (15) comprenant au moins une troisième passe (23) constitutive de la deuxième branche (22).

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Système d’alimentation et de refroidissement pour ouvrage flottant
La présente invention se rapporte au domaine des ouvrages flottants de stockage et/ou de transport de gaz à l’état liquide et concerne plus particulièrement un système d’alimentation en gaz et de refroidissement installé au sein de tels ouvrages flottants.
Au cours d’un trajet effectué par un ouvrage flottant comprenant une cuve de gaz à l’état liquide destiné à être livré vers un point de destination, ledit navire peut être apte à utiliser au moins une partie dudit gaz à l’état liquide afin d’alimenter au moins l’un de ses moteurs, et ce via un système d’alimentation en gaz. Parallèlement à cela, il est nécessaire de conserver la pression au sein de la cuve à un niveau acceptable, notamment en maintenant la cargaison de gaz à l’état liquide à une température adéquate. A ce titre, l’ouvrage flottant peut également inclure des moyens de refroidissement permettant de reliquéfîer de manière directe ou indirecte le gaz à l’état vapeur se formant dans la cuve.
11 est ainsi connu d’utiliser un circuit d’alimentation permettant d’aspirer le gaz s’étant évaporé, puis de compresser celui-ci afin d’alimenter le ou les moteurs. D’une manière parallèle ou alternative, la pression au sein de la cuve peut être abaissée en combinant les moyens de refroidissement avec une boucle réfrigérante permettant de mettre en circulation un fluide réfrigérant afin de reliquéfier une fraction du gaz s’étant évaporé au sein de la cuve.
Une configuration de boucle réfrigérante telle qu’évoquée peut consister en un cycle dit urboBrayton qui correspond à un cycle de Brayton comprenant un turbocompresseur. La boucle réfrigérante permet ainsi de faire circuler un fluide réfrigérant qui participe au refroidissement du gaz.
Utiliser un cycle TurboBrayton en tant que boucle réfrigérante au sein d’un système d’alimentation et de refroidissement du gaz contenu dans la cuve est efficace, mais il a été constaté qu’il n’était pas plus efficace que certaines autres installations. La présente invention permet une mise en œuvre d’un tel cycle de manière à améliorer ses performances de refroidissement en proposant un système d’alimentation et de refroidissement de gaz pour ouvrage flottant comprenant au moins une cuve configurée pour contenir le gaz, le système d’alimentation et de refroidissement comprenant :
- au moins un circuit d’alimentation comprenant au moins un premier dispositif de compression, le circuit d’alimentation étant configuré pour relier la cuve à au moins un appareil consommateur de gaz qui équipe l’ouvrage flottant,
- au moins une ligne de retour connectée au circuit d’alimentation en aval du premier dispositif de compression et s’étendant jusqu’à la cuve,
- au moins un premier échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation en amont du premier dispositif de compression et le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour,
- au moins une boucle réfrigérante destinée à être parcourue par un fluide réfrigérant, la boucle réfrigérante comprenant au moins un deuxième dispositif de compression, un échangeur thermique configuré pour participer à une gestion de pression de saturation de la cuve, un échangeur de chaleur interne configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans au moins une première passe disposée en amont de l’échangeur thermique et le fluide réfrigérant circulant dans au moins une deuxième passe disposée en aval de l’échangeur thermique, un turbocompresseur comprenant un organe de compression disposé entre le deuxième dispositif de compression et la première passe de l’échangeur de chaleur interne et une turbine disposée entre la première passe de l’échangeur de chaleur interne et l’échangeur thermique, l’organe de compression et la turbine étant liés en rotation par un arbre, caractérisé en ce que le circuit d’alimentation comprend un point de divergence, un point de convergence, et au moins une première branche et une deuxième branche débutant toutes deux au point de divergence et se terminant toutes deux au point de convergence, la première branche traversant le premier échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur interne de la boucle réfrigérante comprenant au moins une troisième passe constitutive de la deuxième branche.
Grâce au système d’alimentation et de refroidissement selon l’invention, il est possible d’exploiter le gaz à l’état vapeur sortant de la cuve en le faisant circuler dans l’échangeur de chaleur interne de la boucle réfrigérante. L’échange de calories qui en résulte améliore alors les performances de la boucle réfrigérante et donc le rendement global de refroidissement et de reliquéfaction du système d’alimentation et de refroidissement.
Le circuit d’alimentation est apte à aspirer le gaz à l’état vapeur se formant dans un ciel de cuve. Le gaz à l’état vapeur peut se former naturellement au cours du temps ou de manière forcée par l’ouvrage flottant. Afin de réguler la pression de saturation de la cuve, le gaz à l’état vapeur doit être soit évacué, soit reliquéfié. Le circuit d’alimentation assure ainsi la circulation du gaz à l’état vapeur afin que ce dernier puisse alimenter l’appareil consommateur de gaz. Ce dernier peut par exemple être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant ou un générateur fournissant l’ouvrage flottant en électricité. L’appareil consommateur de gaz est apte à être fourni par le gaz à l’état vapeur si ce dernier est comprimé à une pression adéquate. Le premier dispositif de compression peut à ce titre comprimer le gaz à une pression compatible avec les besoins de l’appareil consommateur de gaz.
Dans le cas où l’appareil consommateur de gaz ne nécessite pas d’être alimenté ou si ce dernier n’a besoin de consommer qu’une partie du gaz à l’état vapeur contenu dans la cuve, l’excès de gaz à l’état vapeur comprimé peut circuler dans la ligne de retour afin d’être reliquéfîé. Le premier échangeur de chaleur assure un pré refroidissement du gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour qui cède ses calories au gaz à l’état vapeur sortant de la cuve. Un tel pré refroidissement permet de faciliter la reliquéfaction du gaz circulant dans la ligne de retour par la suite.
La boucle réfrigérante est une boucle de type TurboBrayton, c’est-à-dire un cycle de Brayton comprenant un turbo compresseur. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle réfrigérante peut par exemple être de l’azote et est mis en circulation par le deuxième dispositif de compression. L’organe de compression et la turbine du turbocompresseur, de par leur liaison mécanique, sont entraînés en rotation l’un avec l’autre. La turbine est entraînée en rotation et entraîne ainsi en rotation l’arbre, qui lui- même entraine l’organe de compression en rotation. Le fluide réfrigérant est donc dans un premier temps comprimé par l’organe de compression. Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’échangeur de chaleur interne via la première passe, puis est détendu en passant à travers la turbine.
Le fluide réfrigérant traverse ensuite l’échangeur thermique. C’est notamment cet échange de chaleur qui permet par la suite de gérer la pression de saturation de la cuve. Le fluide réfrigérant retraverse ensuite l’échangeur de chaleur interne mais cette fois via la deuxième passe. Il se produit donc un échange de chaleur dans l’échangeur de chaleur interne entre le fluide réfrigérant circulant à haute pression dans la première passe et le fluide réfrigérant circulant à basse pression dans la deuxième passe. Cet échange de chaleur assure une régulation thermodynamique de la boucle réfrigérante. En sortie de la deuxième passe de l’échangeur de chaleur interne, le fluide réfrigérant est de nouveau comprimé par le deuxième dispositif de compression.
Le point de divergence divise le circuit d’alimentation en la première branche et la deuxième branche. La première branche permet de faire circuler le gaz à l’état vapeur au sein du premier échangeur de chaleur évoqué précédemment. La deuxième branche est agencée en parallèle de la première branche et fait donc circuler le gaz de sorte à ce que ce dernier contourne le premier échangeur de chaleur.
La deuxième branche permet de faire circuler le gaz à l’état vapeur de sorte à ce que ce dernier traverse l’échangeur de chaleur interne via la troisième passe. Le gaz à l’état vapeur sortant de la cuve peut donc participer à l’échange de chaleur opéré au sein de l’échangeur de chaleur interne et donc à la régulation thermique de la boucle réfrigérante. Le système d’alimentation et de refroidissement selon l’invention permet donc d’utiliser la basse température du gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve afin de refroidir davantage le fluide réfrigérant circulant dans la première passe de l’échangeur de chaleur interne, et ainsi d’améliorer la détente de celui-ci par la suite ce qui participe à améliorer l’échange de chaleur se produisant dans l’échangeur thermique. Les performances de refroidissement de la boucle réfrigérante s’en retrouvent donc renforcées.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit d’alimentation comprend une troisième branche agencée en parallèle de la première branche et de la deuxième branche. Cette troisième branche permet donc de rejoindre directement le premier dispositif de compression sans participer à un échange de chaleur. La circulation via la troisième branche permet le contournement du premier échangeur de chaleur et de l’échangeur de chaleur interne.
Selon une caractéristique de l’invention, le système d’alimentation et de refroidissement comprend un circuit de refroidissement comportant au moins une pompe configurée pour prélever le gaz à l’état liquide dans la cuve, l’échangeur thermique étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la boucle réfrigérante et le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement. La pompe du circuit de refroidissement peut par exemple être immergée au fond de la cuve afin d’ y prélever le gaz à l’état liquide.
L’échangeur thermique assure le sous refroidissement du gaz à l’état liquide par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant de la boucle réfrigérante. Le gaz à l’état liquide sous- refroidi peut donc participer à la gestion de la pression de saturation de la cuve, par exemple en reliquéfîant le gaz à l’état vapeur.
Selon une caractéristique de l’invention, le système d’alimentation et de refroidissement comprend un deuxième échangeur de chaleur configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement en aval de l’échangeur thermique et le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour en aval du premier échangeur de chaleur. Autrement dit, l’échange de chaleur se produisant dans le deuxième échangeur de chaleur permet la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour. Ce dernier a été au préalable pré-refroidi au sein du premier échangeur de chaleur, tandis que le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement a été au préalable sous refroidi en traversant l’échangeur thermique. Le gaz sous-refroidi permet donc de faire chuter la température du gaz à l’état vapeur au point de reliquéfier celui-ci.
Selon une caractéristique de l’invention, le circuit de refroidissement est connecté à la ligne de retour en aval du deuxième échangeur de chaleur, la ligne de retour comprenant au moins une terminaison débouchant dans la cuve. Le gaz reliquéfié et le gaz à l’état liquide se rejoignent donc et circulent ensemble jusqu’à la terminaison débouchant dans la cuve.
Selon une caractéristique de l’invention, la terminaison est un organe de pulvérisation et/ou un orifice disposé dans une partie inférieure de la cuve. L’orifice assure un retour au sein de la cuve afin d’abaisser la température globale du gaz à l’état liquide de la cuve. L’organe de pulvérisation permet quant à lui une projection de gaz à l’état liquide au niveau du ciel de cuve, ce qui favorise la condensation du gaz à l’état vapeur présent dans le ciel de cuve afin d’abaisser la pression de saturation de la cuve.
Selon une caractéristique de l’invention, le système d’alimentation et de refroidissement comprend une voie de refroidissement et un dispositif de projection, la voie de refroidissement étant connectée au circuit de refroidissement et s’étendant jusqu’au dispositif de projection, le dispositif de projection étant configuré pour vaporiser du gaz à l’état liquide au sein de la deuxième branche, en amont de la troisième passe de l’échangeur de chaleur interne. La voie de refroidissement est dérivée du circuit de refroidissement et autorise donc la circulation de gaz à l’état liquide provenant de la cuve. Le dispositif de projection est disposé au niveau de la deuxième branche et vaporise du gaz à l’état liquide au sein de la deuxième branche dans laquelle circule du gaz à l’état vapeur. Le gaz à l’état liquide passe à l’état vapeur tout en diminuant la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche, et ce avant son passage dans l’échangeur de chaleur interne via la troisième passe.
La voie de refroidissement et le dispositif de projection assurent donc le refroidissement du gaz à l’état vapeur provenant de la cuve, la température de ce dernier pouvant énormément varier. Un tel refroidissement peut s’avérer indispensable car la circulation du gaz à l’état vapeur à une température trop élevée dans la troisième passe risque de dégrader le fonctionnement de l’échangeur de chaleur interne qui ne tolère qu’une différence de température de maximum 28°C entre les fluides circulants dans deux passes adjacentes. La voie de refroidissement et le dispositif de projection assurent donc une régulation de la température du gaz circulant dans la deuxième branche afin d’éviter tout dysfonctionnement de l’échangeur de chaleur interne dû à une différence de température trop élevée entre les fluides qui y circulent.
Selon une caractéristique de l’invention, le système d’alimentation et de refroidissement comprend un moyen de détection de la température du gaz circulant au sein de la deuxième branche entre le dispositif de projection et la troisième passe de l’échangeur de chaleur interne. Le moyen de détection peut par exemple être un capteur de température et est agencé de sorte à mesurer la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche avant son entrée dans l’échangeur de chaleur interne via la troisième passe. Cette vérification de la température permet de prévenir si le gaz à l’état vapeur risque de nuire au bon fonctionnement de l’échangeur de chaleur interne de par une température trop élevée, tel que cela a été évoqué précédemment.
Selon une caractéristique de l’invention, la voie de refroidissement comprend une vanne à régulation de débit, le système d’alimentation et de refroidissement comprenant un module de commande configuré pour contrôler la vanne de régulation de débit en fonction de la température relevée par le moyen de détection. La vanne de régulation de débit permet de faire circuler plus ou moins de gaz à l’état liquide jusqu’au dispositif de projection. Plus le débit de gaz à l’état liquide est élevé, plus le refroidissement du gaz à l’état vapeur est important et inversement. Ainsi, en fonction de la température du gaz à l’état vapeur relevée par le moyen de détection en amont de la troisième passe, le module de commande modifie l’organe de régulation de débit afin d’obtenir une température du gaz à l’état vapeur compatible avec l’échangeur de chaleur interne et le fluide réfrigérant qui y circule.
Selon une caractéristique de l’invention, le système d’alimentation et de refroidissement comprend une voie d’alimentation auxiliaire connectée au circuit de refroidissement et configurée pour alimenter en gaz l’appareil consommateur de gaz, l’échangeur de chaleur interne comprenant une quatrième passe constitutive de la voie d’alimentation auxiliaire. Une telle configuration peut être mise en oeuvre lorsqu’il n’y a pas assez de gaz à l’état vapeur formé dans le ciel de la cuve et que l’ouvrage flottant n’est pas équipé de moyens pour forcer la vaporisation du gaz à l’état liquide contenu dans la cuve. Pour pallier le manque de gaz à l’état vapeur, l’appareil consommateur de gaz peut être alimenté par la voie d’alimentation auxiliaire et l’échangeur de chaleur interne fait alors office d’évaporateur pour le gaz à l’état liquide destiné à être consommé par l’appareil consommateur de gaz.
Le gaz à l’état liquide est aspiré par la pompe du circuit de refroidissement et circule par la suite dans la voie d’alimentation auxiliaire. Le gaz à l’état liquide passe à l’état vapeur en traversant la quatrième passe de l’échangeur de chaleur interne, puis est fourni à l’appareil consommateur de gaz. En fonction de la pression requise du gaz à l’état vapeur, la ligne d’alimentation auxiliaire peut être connecté au circuit d’alimentation en amont ou en aval du premier dispositif de compression.
Selon une caractéristique de l’invention, une longueur d’échange thermique de la troisième passe de l’échangeur de chaleur interne est inférieure à une longueur d’échange thermique de l’une quelconque des passes parmi la première passe et la deuxième passe. Autrement dit, l’échangeur de chaleur interne comprend une première extrémité dans laquelle est par exemple ménagée une entrée de la première passe, et une deuxième extrémité dans laquelle est par exemple ménagée une sortie de la première passe, une entrée de la troisième passe étant disposée entre la première extrémité et la deuxième extrémité. Comme cela a été évoqué précédemment, la température du gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve peut varier et l’échangeur de chaleur interne peut ne pas tolérer un écart de température trop élevée entre les fluides circulant entre deux passes adjacentes.
L’entrée de la troisième passe est agencée de sorte à ce que le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe soit à une température sensiblement égale à une température nominale du gaz à l’état vapeur sortant de la cuve. Ainsi, l’entrée de cette troisième passe est positionnée à un niveau de l’échangeur de chaleur interne où le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe de l’échangeur de chaleur interne a préalablement accumulé des calories par l’échange de chaleur avec le fluide réfrigérant circulant dans la première passe de l’échangeur de chaleur interne. Dans cette configuration, même si le gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe entre dans l’échangeur de chaleur interne à une température plus élevée ou plus faible que la température nominale du gaz à l’état vapeur sortant de la cuve , la différence de température entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe et le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe reste limité et ne risque pas d’endommager l’échangeur de chaleur interne. Une telle organisation permet d’utiliser une technologie d’échangeur de chaleur plus abordable.
L’invention couvre également un procédé de gestion d’un gaz contenu dans au moins une cuve d’un ouvrage flottant, mis en oeuvre par un système d’alimentation et de refroidissement tel que décrit précédemment, au cours duquel :
- on fait circuler le gaz à l’état vapeur provenant de la cuve par la première branche si la vitesse de l’ouvrage flottant est inférieure à un seuil de vitesse défini,
- on fait circuler le gaz à l’état vapeur provenant de la cuve par la deuxième branche si la vitesse de l’ouvrage flottant est supérieure audit seuil de vitesse.
Le seuil de vitesse de l’ouvrage flottant peut par exemple correspondre à une vitesse de 12 noeuds ou de 15 noeuds. Lorsque la vitesse de l’ouvrage flottant est inférieure au seuil de vitesse, l’ouvrage flottant est considéré comme circulant à vitesse faible ou nulle. L’appareil consommateur de gaz, si celui-ci est le moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant, consomme donc peu de gaz à l’état vapeur. Ce dernier va donc préférentiellement circuler au sein de la première branche afin que l’échange de chaleur dans le premier échangeur de chaleur puisse être opéré et garantir le pré-refroidissement du gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour.
Lorsque la vitesse de l’ouvrage flottant est supérieure au seuil de vitesse, l’ouvrage flottant est considéré comme circulant à une vitesse modérée ou élevée. Dans cette situation, le gaz à l’état vapeur circule préférentiellement au sein de la deuxième branche, et donc au sein de la troisième passe de l’échangeur de chaleur interne, afin d’augmenter la capacité de refroidissement de la boucle réfrigérante. Afin de faire basculer la circulation du gaz à l’état vapeur d’une branche à une autre, le système d’alimentation et de refroidissement peut comprendre un ensemble de vannes aptes à s’ouvrir ou à se fermer en fonction de la vitesse mesurée de l’ouvrage flottant.
Selon une caractéristique de procédé, on fait circuler le gaz à l’état vapeur provenant de la cuve par la troisième branche lorsque ledit gaz ne circule pas dans la première branche et/ou dans la deuxième branche. La circulation dans la troisième branche peut s’avérer utile par exemple lors des phases de démarrage de l’ouvrage flottant si la température du gaz à l’état vapeur n’est pas compatible pour faire circuler celui-ci au sein de l’échangeur de chaleur interne et qu’il n’y a pas d’intérêt de traverser le premier échangeur de chaleur. La circulation du gaz à l’état vapeur via la troisième branche peut également être utilisée par exemple lorsque la boucle réfrigérante est inopérant.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] est un schéma d’un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation et de refroidissement selon l’invention,
[fig 2] est un schéma d’un deuxième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement,
[fig 3] est un schéma d’un troisième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement,
[fig 4] est un schéma structurel des passes d’un échangeur de chaleur interne intégré au système d’alimentation et de refroidissement.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation d’un système d’alimentation et de refroidissement 1. Le système d’alimentation et de refroidissement 1 peut être intégré au sein d’un ouvrage flottant spécialisé dans le transport et/ou le stockage de gaz à l’état liquide, ce dernier comprenant au moins une cuve 2 comprenant du gaz à l’état liquide. Ainsi, le système d’alimentation et de refroidissement 1 est configuré pour interagir avec la cuve 2 dans le but notamment de réguler la pression de saturation de ladite cuve 2. Le gaz à l’état liquide contenu dans la cuve 2 peut partiellement s’évaporer et former du gaz à l’état vapeur au sein d’un ciel 3 de la cuve 2. Une telle évaporation peut se dérouler de manière naturelle ou de manière forcée. Le gaz à l’état vapeur formé dans le ciel 3 participe à l’augmentation de la pression de saturation de la cuve et doit donc être évacué ou bien reliquéfîé afin de limiter une telle montée de pression.
Afin de gérer la pression de saturation de la cuve 2, le système d’alimentation et de refroidissement 1 peut traiter ce gaz afin que ce dernier alimente au moins un appareil consommateur de gaz 4. Sur la figure 1, le système d’alimentation et de refroidissement 1 est configuré pour pouvoir alimenter deux appareils consommateurs de gaz 4. A titre d’exemple, l’ouvrage flottant peut comprendre un appareil consommateur de gaz 4 à haute pression, qui peut être un moteur assurant la propulsion de l’ouvrage flottant, et un appareil consommateur de gaz 4 à basse pression qui peut quant à lui être un générateur alimentant l’ouvrage flottant en électricité.
Afin d’assurer une alimentation des appareils consommateurs de gaz 4, le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend un circuit d’alimentation 5 s’étendant entre la cuve 2 et les appareils consommateurs de gaz 4. Le circuit d’alimentation 5 comprend un premier dispositif de compression 6 permettant d’aspirer le gaz à l’état vapeur contenu dans le ciel 3 et la cuve 2 et de comprimer celui-ci. Le gaz à l’état vapeur peut ensuite circuler jusqu’aux appareils consommateurs de gaz 4 dans le but de les alimenter. En fonction de la nature des appareils consommateurs de gaz 4, le système d’alimentation et de refroidissement 1 peut comprendre des compresseurs supplémentaires, non illustrés, qui permettent d’augmenter la pression du gaz à l’état vapeur de façon à ce que le gaz à l’état vapeur soit à une pression compatible pour l’alimentation du ou des appareils consommateurs de gaz 4.
Le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend également une ligne de retour 7 connectée au circuit d’alimentation 5, plus particulièrement en aval du premier dispositif de compression 6. La ligne de retour 7 s’étend donc du circuit d’alimentation 5 jusqu’à la cuve 2. La ligne de retour 7 permet une recirculation du gaz à l’état vapeur qui n’a pas été utilisé pour alimenter les appareils consommateurs de gaz 4 si ces derniers ne nécessitent pas d’être alimentés ou si le gaz à l’état vapeur est présent en quantité plus élevée que la quantité nécessaire pour alimenter les appareils consommateurs de gaz 4.
Le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7 est destiné à être reliquéfié afin de diminuer la pression de saturation de la cuve, tout en évitant d’éliminer ledit gaz à l’état vapeur non utilisé pour l’alimentation des appareils consommateurs de gaz 4. Pour ce faire, le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend un premier échangeur de chaleur 8 configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur comprimé circulant dans la ligne de retour 7 et le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 5 en amont du premier dispositif de compression 6.
Le premier échangeur de chaleur 8 permet ainsi de pré-refroidir le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7 en utilisant le gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve 2 qui est à une température inférieure au gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7. Un tel pré-refroidissement participe à faciliter la reliquéfaction du gaz à l’état vapeur par la suite.
Le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend par ailleurs une boucle réfrigérante 9 qui correspond sur la figure 1 à un circuit fermé au sein duquel circule un fluide réfrigérant. Le fluide réfrigérant circule dans la boucle réfrigérante 9 à l’état gazeux et peut par exemple être de l’azote. La boucle réfrigérante 9 est plus particulièrement un cycle de Brayton comprenant un turbocompresseur 10.
La boucle réfrigérante 9 comprend un deuxième dispositif de compression 11 qui assure la mise en circulation du fluide réfrigérant au sein de la boucle réfrigérante 9. Le turbocompresseur 10 comporte un organe de compression 12 et une turbine 13 reliés entre eux par un arbre 14. La turbine 13 est entraînée en rotation et entraîne l’arbre 14 qui lui-même entraîne l’organe de compression 12. La boucle réfrigérante 9 comprend par ailleurs un échangeur de chaleur interne 15 qui comprend une première passe 16 et une deuxième passe 17. Le fluide réfrigérant circulant dans la boucle réfrigérante 9 traverse par ailleurs un échangeur thermique 18. Ainsi, si l’on suit le parcours du fluide réfrigérant au sein de la boucle réfrigérante 9, le fluide réfrigérant est tout d’abord comprimé par le deuxième dispositif de compression 11, puis est davantage comprimé par l’organe de compression 12 du turbocompresseur 10. Le fluide réfrigérant à haute pression circule ensuite au sein de la première passe 16 et est par la suite détendu au sein de la turbine 13. Après avoir été détendu, le fluide réfrigérant à basse pression traverse l’échangeur thermique 18, puis circule dans la deuxième passe 17 de l’échangeur de chaleur interne 15. Il se produit donc un échange de chaleur au sein de l’échangeur de chaleur interne 15, entre le fluide réfrigérant circulant à haute pression dans la première passe 16 et le fluide réfrigérant circulant à basse pression dans la deuxième passe 17. Le fluide réfrigérant est de nouveau comprimé par le deuxième dispositif de compression 11 en sortie de la deuxième passe 17.
La boucle réfrigérante 9 telle que décrite jusqu’à présent permet de mettre en oeuvre des capacités réfrigérantes efficaces, mais il a été déterminé qu’une telle boucle réfrigérante 9 n’est pas plus efficace en termes de capacités réfrigérantes qu’une autre boucle structurellement différente.
Afin d’améliorer les capacités de la boucle réfrigérante 9, le circuit d’alimentation 5 comprend un point de divergence 19 et un point de convergence 20 disposé en aval du point de divergence 19. Le point de divergence 19 et le point de convergence 20 sont agencés de part et d’autre du premier échangeur de chaleur 8, et le circuit d’alimentation 5 comprend une première branche 21 et une deuxième branche 22 qui s’étendent entre le point de divergence 19 et le point de convergence 20.
La première branche 21 permet au gaz à l’état vapeur provenant de la cuve 2 de traverser le premier échangeur de chaleur 8. La deuxième branche 22 contourne le premier échangeur de chaleur 8 et est configurée pour faire circuler le gaz à l’état vapeur au sein de l’échangeur de chaleur interne 15. Ce dernier comprend une troisième passe 23 permettant la circulation du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche 22 au sein de l’échangeur de chaleur interne 15.
Grâce à la deuxième branche 22 et à la troisième passe 23, il est donc possible d’utiliser le gaz à l’état vapeur en sortie de la cuve 2 pour refroidir davantage le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 16, ce qui facilite sa détente par la turbine 13 par la suite. En étant détendu plus facilement, le fluide réfrigérant présente alors des meilleures capacités de refroidissement, ce qui améliore le rendement global de la boucle réfrigérante 9. Un autre avantage d’une telle configuration est que le gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe 23 peut capter des calories sans conséquences négatives par la suite.
Le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 5 peut circuler au sein de la première branche 21 ou de la deuxième branche 22, l’un ou l’autre de ces choix étant optimisé en fonction de la vitesse de l’ouvrage flottant.
Ainsi, lorsque la vitesse de l’ouvrage flottant est inférieure à un seuil de vitesse préalablement défini, par exemple 12 noeuds ou 15 noeuds, l’ouvrage flottant circule à une vitesse faible ou nulle. Au moins l’un des appareils consommateurs de gaz 4, plus particulièrement celui assurant la propulsion de l’ouvrage flottant, génère ainsi peu ou pas de consommation de gaz à l’état vapeur. Le gaz à l’état vapeur circule donc préférentiellement au sein de la première branche 21 afin que l’échange de chaleur dans le premier échangeur de chaleur 8 puisse être opéré et garantir le pré-refroidissement du gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7.
Lorsque la vitesse de l’ouvrage flottant est supérieure au seuil de vitesse, l’ouvrage flottant circule à une vitesse modérée ou élevée. Dans cette situation, le gaz à l’état vapeur circule préférentiellement au sein de la deuxième branche 22, et donc au sein de la troisième passe 23 de l’échangeur de chaleur interne 15, afin d’augmenter la capacité de refroidissement de la boucle réfrigérante 9.
Le circuit d’alimentation 5 comprend par ailleurs une troisième branche 24 installée en parallèle de la première branche 21 et de la deuxième branche 22. La troisième branche 24 permet donc au gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 5 de contourner le premier échangeur de chaleur 8 et de contourner l’échangeur de chaleur interne 15. Faire circuler le gaz à l’état vapeur au sein de la troisième branche 24 est avantageux quand la température du gaz à l’état vapeur n’est pas adéquate pour faire circuler celui-ci au sein de l’échangeur de chaleur interne 15 et qu’il n’y a pas d’intérêt de le faire traverser le premier échangeur de chaleur 8. La circulation du gaz à l’état vapeur via la troisième branche 27 peut également être utilisée par exemple lorsque la boucle réfrigérante 9 est en maintenance ou inopérante.
Afin de sélectionner au sein de quelle branche le gaz à l’état vapeur circule, la première branche 21 comprend une première vanne 25, la deuxième branche 22 comprend une deuxième vanne 26 et la troisième branche 24 comprend une troisième vanne 27. Chacune de ces trois vannes 25, 26, 27 est apte à être ouverte ou fermée en fonction de la branche 21, 22, 24 au sein de laquelle doit circuler le gaz à l’état vapeur pour maximiser les performances du système d’alimentation et de refroidissement 1. Le pilotage des vannes 25, 26, 27 est opéré notamment en fonction de la vitesse de l’ouvrage flottant et si une situation parmi celles évoquées précédemment force la circulation du gaz à l’état vapeur au sein de la troisième branche 27.
Le système d’alimentation 1 comprend également un circuit de refroidissement 28 configuré pour faire circuler le gaz à l’état liquide provenant de la cuve 2. Le circuit de refroidissement 28 comprend une pompe 29 permettant de prélever le gaz à l’état liquide contenu dans la cuve 2.
Le gaz à l’état liquide circule au sein du circuit de refroidissement 28 et traverse l’échangeur thermique 18. On comprend ainsi de ce qui précède que l’échangeur thermique 18 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 28 et le fluide réfrigérant circulant dans la boucle réfrigérante 9. Le fluide réfrigérant permet ainsi de sous refroidir le gaz à l’état liquide traversant l’échangeur thermique 18. Améliorer les performances de la boucle réfrigérante 9 grâce à la circulation de gaz à l’état vapeur dans la troisième passe 23 de l’échangeur de chaleur interne 15 permet ainsi d’opérer un sous-refroidissement plus efficace du gaz à l’état liquide au sein de l’échangeur thermique 18.
En sortie de l’échangeur thermique, le gaz à l’état liquide sous-refroidi poursuit sa circulation dans le circuit de refroidissement 28 jusqu’à traverser un deuxième échangeur de chaleur 30. Le deuxième échangeur de chaleur 30 est configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7 et préalablement refroidi après avoir traversé le premier échangeur de chaleur 8 si le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation 5 circule via la première branche 21, et le gaz à l’état liquide préalablement sous-refroidi après avoir traversé l’échangeur thermique 18. C’est donc au sein de ce deuxième échangeur de chaleur 30 que le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour 7 est reliquéfié, le gaz à l’état liquide sous- refroidi étant à une température suffisamment basse pour assurer une telle reliquéfaction.
Le circuit de refroidissement 28 se poursuit en sortie du deuxième échangeur de chaleur 30 jusqu’à rejoindre la ligne de retour 7, la jonction du circuit de refroidissement 28 et de la ligne de retour 7 étant en aval du deuxième échangeur de chaleur 30 pour chacun d’entre eux. Une telle connexion permet de combiner le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement 28 avec le gaz reliquéfié circulant dans la ligne de retour 7.
En aval du deuxième échangeur de chaleur 30 et de la connexion avec le circuit de refroidissement 28, la ligne de retour 7 s’étend ainsi jusqu’à la cuve 2 et comprend au moins une terminaison 31 débouchant dans ladite cuve 2. La terminaison 31 peut permettre une régulation de la température du gaz contenu dans la cuve 2 et/ou de la pression de saturation de ladite cuve 2. La terminaison 31 peut ainsi être un orifice 32 ou un organe de pulvérisation 33. L’orifice 32 peut être agencé en fond de cuve afin de garantir un retour du gaz à l’état liquide dans une zone à la plus basse température possible. L’organe de pulvérisation 33 est quant à lui disposé au niveau du ciel 3 de la cuve 2 et pulvérise du gaz à l’état liquide dans le ciel 3 de la cuve 2 afin de condenser le gaz à l’état vapeur présent dans le ciel 3 et ainsi d’abaisser la pression de saturation de la cuve 2. On comprend ainsi comment la boucle réfrigérante 9 participe de manière indirecte à la régulation de la pression et/ou de la température du gaz à l’état liquide contenu dans la cuve 2.
La figure 2 représente un deuxième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement 1 selon l’invention. Le deuxième mode de réalisation se distingue du premier mode de réalisation en ce que le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend notamment une voie de refroidissement 34 et un dispositif de projection 35.
La voie de refroidissement 34 est connectée au circuit de refroidissement 28 en aval de la pompe 29. C’est donc du gaz à l’état liquide qui circule au sein de la voie de refroidissement 34. Cette dernière s’étend jusqu’au dispositif de projection 35 qui est disposé au niveau de la deuxième branche 22 et qui vaporise le gaz à l’état liquide circulant dans la voie de refroidissement 34 au sein de la deuxième branche.
L’objectif d’une telle opération est d’abaisser la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche 22 lorsque celui-ci est à une température trop élevée. Ce refroidissement est effectué avant que le gaz à l’état vapeur circule dans la troisième passe 23, au sein de l’échangeur de chaleur interne 15. En effet, une température trop élevée du gaz à l’état vapeur risque d’endommager l’échangeur de chaleur interne 15 qui ne tolère qu’un écart de température limité entre deux fluides circulant au sein de deux passes adjacentes. Un refroidissement du gaz à l’état vapeur est donc parfois indispensable pour conserver le bon fonctionnement de l’échangeur de chaleur interne 15.
Afin de réguler correctement la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche 22, le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend un moyen de détection 36. Ce dernier est apte à mesurer la température de gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche 22 entre le dispositif de projection 35 et la troisième passe 23. Le moyen de détection 36 permet donc de vérifier si le gaz à l’état vapeur est à une température convenable pour traverser l’échangeur de chaleur interne 15.
Le deuxième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend également une vanne à régulation de débit 37 qui contrôle le débit de gaz à l’état liquide circulant dans la voie de refroidissement 34. Plus ledit débit est élevé, plus le gaz à l’état liquide est vaporisé dans la deuxième branche 22, et plus la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la deuxième branche 22 est abaissée. Le système d’alimentation et de refroidissement 1 comprend enfin un module de commande 38 qui est apte à régler une section de passage de l’organe de régulation de débit 37 afin de modifier le débit de gaz à l’état liquide circulant dans la voie de refroidissement 34. Le module de commande 38 est en communication avec le moyen de détection 36. Ainsi, en fonction de la température relevée par le moyen de détection 36, le module de commande 38 modifie la section de passage de l’organe de régulation 37 afin de maintenir le gaz à l’état vapeur à une température adéquate avant sa circulation dans la troisième passe 23 de l’échangeur de chaleur interne 15, et ce afin de préserver la durée de vie et le bon fonctionnement de ce dernier.
A l’exception de ce qui vient d’être décrit, le deuxième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement 1 présente des caractéristiques structurelles et fonctionnelles identiques à celles du premier mode de réalisation. On se reportera donc à la description de la figure 1 concernant l’ensemble des caractéristiques communes aux deux modes de réalisation.
La figure 3 est une représentation d’un troisième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement 1. Ce troisième mode de réalisation se distingue notamment des deux modes de réalisation précédemment décrits en ce qu’il comprend une voie d’alimentation auxiliaire 39 connectée au circuit de refroidissement 28 et s’étendant jusqu’à rejoindre le circuit d’alimentation 5 afin de participer à l’alimentation des appareils consommateurs de gaz 4.
La voie d’alimentation auxiliaire 39 est utilisée lorsqu’il n’y a pas de gaz à l’état vapeur disponible dans le ciel 3 de la cuve 2 pour alimenter les appareils consommateurs de gaz 4. Dans une telle configuration, la pompe 29 fait circuler du gaz à l’état liquide jusqu’à la voie d’alimentation auxiliaire 39.
La voie d’alimentation auxiliaire 39 traverse l’échangeur de chaleur interne 15. Ce dernier se distingue donc des modes de réalisation précédents en ce qu’il comprend une quatrième passe 40 constitutive de la voie d’alimentation auxiliaire 39.
Lorsque le gaz à l’état liquide traverse l’échangeur de chaleur interne 15 via la quatrième passe 40, l’échange de chaleur se produisant avec le fluide réfrigérant permet, tout comme pour les modes de réalisation précédemment décrits, d’améliorer les performances de la boucle réfrigérante 9. L’échange de chaleur assure également l’évaporation du gaz à l’état liquide circulant dans la quatrième passe 40. L’échangeur de chaleur interne 15 fait donc office d’évaporateur pour le gaz à l’état liquide circulant dans la voie d’alimentation auxiliaire 39.
En sortie de la quatrième passe 40, le gaz évaporé poursuit sa circulation dans la voie d’alimentation auxiliaire 39 jusqu’à rejoindre le circuit d’alimentation 5 et alimenter les appareils consommateurs de gaz 4. Sur la figure 3, la voie d’alimentation auxiliaire 39 est connectée au circuit d’alimentation 5 en aval du premier dispositif de compression 6. Il est cependant possible de connecter la voie d’alimentation auxiliaire 39 au circuit d’alimentation 5 en amont du premier dispositif de compression 6, par exemple en fonction des prérequis de pression des appareils consommateurs de gaz 4.
A l’exception de la voie d’alimentation auxiliaire 39 et de la quatrième passe 40, l’ensemble des caractéristiques structurelles et fonctionnelles du troisième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement 1 est identique au premier mode de réalisation et on se reportera à la description de la figure 1 concernant les éléments communs aux deux modes de réalisation.
La figure 4 représente une structure détaillée des différentes passes de l’échangeur de chaleur interne 15 tel que représenté sur les figures 1 et 2. Comme cela a été mentionné précédemment, l’échangeur de chaleur interne 15 peut être endommagé en cas de différence de température trop élevée entre deux fluides circulant dans deux passes adjacentes. Le problème lié à la température du gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe 23 peut être résolu notamment grâce au deuxième mode de réalisation du système d’alimentation et de refroidissement selon l’invention.
Il est également possible de limiter un écart de température entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe 23 et le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 grâce à la configuration présentée sur la figure 4.
L’échangeur de chaleur interne 15 comprend une première extrémité 41 et une deuxième extrémité 42, qui délimitent par exemple une dimension principale de l’échangeur de chaleur interne 15. La première passe 16 et la deuxième passe 17, qui font partie de la boucle réfrigérante, s’étendent toutes deux entre la première extrémité 41 et la deuxième extrémité 42. La première passe 16 et la deuxième passe 17 présentent donc toutes deux une longueur d’échange thermique Ll, qui est de dimension identique à une distance entre la première extrémité 41 et la deuxième extrémité 42 de l’échangeur de chaleur interne 15. Le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 augmente en température au cours de la circulation au sein de celle-ci, selon un sens de circulation allant de la deuxième extrémité 42 à la première extrémité 41.
La particularité de l’échangeur de chaleur interne 15 illustré en figure 4 est qu’une entrée 43 de la troisième passe 23 est positionnée entre la première extrémité 41 et la deuxième extrémité 42, par exemple au niveau de l’une des parois parallèles à la première passe 16 et à la deuxième passe 17, tandis qu’une sortie 44 de la troisième passe 23 est positionnée au niveau de l’une des extrémités 41, 42 de l’échangeur de chaleur interne, par exemple la première extrémité 41.
Ainsi, la troisième passe 23 présente une longueur d’échange thermique L2 inférieure à la longueur d’échange thermique Ll de la première passe 16 ou de la deuxième passe 17.
Cette différence de longueur permet au fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 d’augmenter en température par échange de chaleur uniquement avec le fluide réfrigérant circulant dans la première passe 16 dans un premier temps. Le gaz à l’état vapeur entre donc dans la troisième passe 23 via l’entrée 43 à un niveau où le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 a préalablement capté des calories et est donc à une température plus élevée qu’à l’entrée de la deuxième passe 17.
Une telle configuration permet au fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 d’atteindre une température égale ou sensiblement égale à une température nominale du gaz à l’état vapeur en sortie de cuve. Ainsi, même si le gaz à l’état vapeur est à une température supérieure ou inférieure à ladite température nominale, les risques d’avoir un écart de température élevé entre le gaz à l’état vapeur circulant dans la troisième passe 23 et le fluide réfrigérant circulant dans la deuxième passe 17 sont fortement réduits. D’une manière préférentielle, l’écart de température entre deux fluides circulant dans deux passes adjacentes ne doit pas dépasser 28°C. Si cela risque de survenir parce que le gaz à l’état vapeur est à une température trop élevée, ladite température peut être abaissée grâce au dispositif de projection décrit en figure 2, dans le cas où le système d’alimentation et de refroidissement en est équipé. Dans les autres cas de figure, la troisième passe 23 de l’échangeur de chaleur interne 15 peut être contournée, par exemple en faisant circuler le gaz au sein de la troisième branche. La structure de l’échangeur de chaleur interne 15 telle que décrite en figure 4 peut être intégrée à n’importe quel mode de réalisation décrit précédemment.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’était fixée, et permet de proposer un système d’alimentation et de refroidissement pour ouvrage flottant permettant d’exploiter la basse température du gaz à l’état liquide contenu dans une cuve pour améliorer les performances d’une boucle réfrigérante intégrée audit système. Des variantes non décrites ici pourraient être mises en oeuvre sans sortir du contexte de l’invention, dès lors que, conformément à l’invention, elles comprennent un système d’alimentation et de refroidissement conforme à l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1- Système d’alimentation et de refroidissement (1) de gaz pour ouvrage flottant comprenant au moins une cuve (2) configurée pour contenir le gaz, le système d’alimentation et de refroidissement (1) comprenant : au moins un circuit d’alimentation (5) comprenant au moins un premier dispositif de compression (6), le circuit d’alimentation (5) étant configuré pour relier la cuve (2) à au moins un appareil consommateur de gaz (4) qui équipe l’ouvrage flottant, au moins une ligne de retour (7) connectée au circuit d’alimentation (5) en aval du premier dispositif de compression (6) et s’étendant jusqu’à la cuve (2), au moins un premier échangeur de chaleur (8) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état vapeur circulant dans le circuit d’alimentation (5) en amont du premier dispositif de compression (6) et le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour (7), au moins une boucle réfrigérante (9) destinée à être parcourue par un fluide réfrigérant, la boucle réfrigérante (9) comprenant au moins un deuxième dispositif de compression (11), un échangeur thermique (18) configuré pour participer à une gestion de pression de saturation de la cuve (2), un échangeur de chaleur interne (15) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans au moins une première passe (16) disposée en amont de l’échangeur thermique (18) et le fluide réfrigérant circulant dans au moins une deuxième passe (17) disposée en aval de l’échangeur thermique (18), un turbocompresseur (10) comprenant un organe de compression (12) disposé entre le deuxième dispositif de compression (11) et la première passe (16) de l’échangeur de chaleur interne (15) et une turbine (13) disposée entre la première passe (16) de l’échangeur de chaleur interne (15) et l’échangeur thermique (18), l’organe de compression (12) et la turbine (13) étant liés en rotation par un arbre (14), caractérisé en ce que le circuit d’alimentation (5) comprend un point de divergence (19), un point de convergence (20), et au moins une première branche (21) et une deuxième branche (22) débutant toutes deux au point de divergence (19) et se terminant toutes deux au point de convergence (20), la première branche (21) traversant le premier échangeur de chaleur (8), l’échangeur de chaleur interne (15) de la boucle réfrigérante (9) comprenant au moins une troisième passe (23) constitutive de la deuxième branche (22).
2- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication 1, dans lequel le circuit d’alimentation (5) comprend une troisième branche (24) agencée en parallèle de la première branche (21) et de la deuxième branche (22).
3- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un circuit de refroidissement (28) comportant au moins une pompe (29) configurée pour prélever le gaz à l’état liquide dans la cuve (2), l’échangeur thermique (18) étant configuré pour opérer un échange de chaleur entre le fluide réfrigérant circulant dans la boucle réfrigérante (9) et le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement (28).
4- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication précédente, comprenant un deuxième échangeur de chaleur (30) configuré pour opérer un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide circulant dans le circuit de refroidissement (28) en aval de l’échangeur thermique (18) et le gaz à l’état vapeur circulant dans la ligne de retour (7) en aval du premier échangeur de chaleur (8).
5- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de refroidissement (28) est connecté à la ligne de retour (7) en aval du deuxième échangeur de chaleur (30), la ligne de retour comprenant au moins une terminaison (31) débouchant dans la cuve (2).
6- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel la terminaison (31) est un organe de pulvérisation (33) et/ou un orifice (32) disposé dans une partie inférieure de la cuve (2).
7- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, comprenant une voie de refroidissement (34) et un dispositif de projection (35), la voie de refroidissement (34) étant connectée au circuit de refroidissement (28) et s’étendant jusqu’au dispositif de projection (35), le dispositif de projection (35) étant configuré pour vaporiser du gaz à l’état liquide au sein de la deuxième branche (22), en amont de la troisième passe (23) de l’échangeur de chaleur interne (15).
8- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication précédente, comprenant un moyen de détection (36) de la température du gaz circulant au sein de la deuxième branche (22) entre le dispositif de projection (35) et la troisième passe (23) de l’échangeur de chaleur interne (15).
9- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon la revendication précédente, dans lequel la voie de refroidissement (34) comprend une vanne à régulation de débit (37), le système d’alimentation et de refroidissement (1) comprenant un module de commande (38) configuré pour contrôler la vanne de régulation de débit (37) en fonction de la température relevée par le moyen de détection (36).
10- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications 3 à 9, comprenant une voie d’alimentation auxiliaire (39) connectée au circuit de refroidissement (28) et configurée pour alimenter en gaz l’appareil consommateur de gaz (4), l’échangeur de chaleur interne (15) comprenant une quatrième passe (40) constitutive de la voie d’alimentation auxiliaire (39).
11- Système d’alimentation et de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une longueur d’échange thermique (L2) de la troisième passe (23) de l’échangeur de chaleur interne (15) est inférieure à une longueur d’échange thermique (Ll) de l’une quelconque des passes (16, 17) parmi la première passe (16) et la deuxième passe (17).
12- Procédé de gestion d’un gaz contenu dans au moins une cuve (2) d’un ouvrage flottant, mis en oeuvre par un système d’alimentation et de refroidissement (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au cours duquel : on fait circuler le gaz à l’état vapeur provenant de la cuve (2) par la première branche (21) si la vitesse de l’ouvrage flottant est inférieure à un seuil de vitesse défini, on fait circuler le gaz à l’état vapeur provenant de la cuve (2) par la deuxième branche (22) si la vitesse de l’ouvrage flottant est supérieure au seuil de vitesse.
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