Brevet FR2266972A1 — publié le 19751031

La présente invention concerne les installations de génération d'électricité faisant intervenir une turbine à gaz fonctionnant suivant un cycle fermé. On entendra ici par cycle fermé un cycle dans lequel un fluide moteur subit périodiquement une compression, un réchauffage par une source de chaleur fournissant l'énergie calorifique principale au cycle et une détente dans une turbine moins, ce fluide restant le même d'une période à l'autres au moins entre la sortie de la ou des turbines et 11 entrée du ou des compresseurs aux pertes près comblées par un apport~extérieur de fluide nouveau. Dans les dispositifs connus de ce type, le fluide moteur reste à température relativement élevée (de l'ordre de 2000C) à la sortie de la turbine de puissance, occasionnant ainsi des pertes thermodynamiques. Dans les dispositifs traditionnels, la source de chaleur fournissait de l'énergie calorifique par une combustion mettant en oeuvre au moins un gaz, soit comme combustible soit comme comburant et les pertes thermodynamiques pouvaient etre évitées en récupérant énergie calorifique du fluide à haute température en sortie de la turbine pour un réchauffage du ou des gaz combustibles ou comburants. Les pertes sont donc évitées dans ce cas par récupération et ré injection des calories dans le cycle thermodynamique principal.Si par contre énergie calorifique principale provient d'un réacteur nucléaire ou de tout autre dispositif à combustible et comburant non gazeux, on ne pourra généralement pas adopter cette sqlution et les pertes subsisteront en régime permanent. Selon l'inventlon on prévoit une -récupération des calories disponibles en sortie de la turbine de puissaance (source froide) pour une utilisation immédiate ou différée dans le temps, dans un circuit thermodynamique différent de de celui du dispositif électrogène principal et avec un rendement optimal. L'énergie récupérée peut servir principalement pour le chauffage industriel ou domestique mais peut également être utilisée pour tout autre système de transformation d'énergie calorifique à température relativement peu élevée (2000C) en particulier pour une turbine secondaire à ammoniac qui ne nécessite pas de très hautes températures du fait de la forte tension de vapeur de ce gaz. La description qui suit expose plus en détail les caractéristiques de l'invention et se réfère à la figure unique qui montre une installation de génération d'électri- cité avec un perfectionnement selon l'invention. L'installation comporte une source de chaleur pouvant être un réacteur nucléaire, qui élève la température d'un gaz moteur fonctionnant suivant un cycle fermé tel que défini ci-dessus. Le gaz utilisé est choisi en fonction de ses propriétés thermodynamiques, physiques, de corrosivité toxicité, cott et autres, et peut être l'hélium. I1 circule dans une canalisation 2 vers une turbine 3 qui entrasse un compresseur 4 et un générateur électrique 5, selon la technique antérieure. A la sortie de la turbine, le gaz détendu, à température encore élevée (del'ordre de 2000C), circule dans un échangeur thermique 6 auquel est adjoint un circuit thermodynamique 7 secondaire, thermodynamiquement relié au circuit principal 8 essentiellement par l'échangeur thermique 6.L'échangeur thermique 6 joue le r81e de source froide pour le circuit thermodynamique principal 8 et de source chaude pour le circuit secondaire 7. Un réfrigérateur 9 pouvant etre à circulation d'eau peut être rajouté entre l'échangeur thermique 6 et le ou les compresseurs 4 de manière à améliorer le rendement thermodynamique du circuit principal 8. Dans les dispositifs traditionnels, le circuit secondaire 7 transportait les calories vers la source de chaleur fournissant l'énergie calorifique principale du système et réchauffait un ou plusieurs des gaz mis en oeuvre comme combustible ou comburant dans cette source de chaleur. Dans l'installation perfectionnée par l'invention, les calories récupérées sont transportées par le circuit secondaire 7 et utilisées extérieure--.ent à l'installation de génération d'électricité principale 8, la solution traditionnelle de réinjection n'étant pas utilisable ici. Le circuit secondaire 7, dont la source chaude cons tituée par l'échangeur thermique 6 est à une température voi sine de celle du gaz moteur en sortie de la turbine 3, utilise comme fluide pour le transport optimal de énergie calorifi que, c'est là une des caractéristiques principales de l'in vention, une substance liquide à cette température et à la pression atmosphérique, bien que cette température soit élevée* et on a donc choisi un fluide répondant à cette nou velle préoccupation. Les fluides organiques et en particulier la substan ce commercialisée sous le nom de gilotherme par la Société PROGIL satisfont à cette condition et seront utilisés avec profit, sous la forme liquide, dans le circuit secondaire 7. Des canalisations 10 et des pompes il assureront le transport de ce fluide vers les systèmes d'utilisation 12. La récupération d'énergie selon l'invention, sous la forme d'un transport de liquide à haute température et à la pression atmosphérique est très avantageuse car la redistri bution de cette énergie pourra s'effectuer soit immédiatement soit en différé si on prend soin de disposer dans le circuit secondaire 7 un réservoir 13 du fluide organique circulant dans ce circuit secondaire 7. Ce réservoir 13 peut être à la pression atmosphérique et permet de stocker et redistribuer en temps différé, ceci à l'aide d'une vanne 14 fermant ou ouvrant ce réservoir 13, les calories contenues dans le fluide, et ce, pendant une durée dépendant des dimensions de ce ré servoir. Le système d'utilisation 12 profitera au maximum de la caractéristique, selon l'invention, d'état liquide à la pression atmosphérique et de possibilité de stockage et redis tribution du fluide circulant dans la canalisation 10-du circuit secondaire 7, si ce circuit d'utilisation est un circuit de chauffage domestique ou industriel, lequel se prête particulièrement au transport de calories sous cette forme. Le circuit d'utilisation 12 peut aussi être constitué d'un sous ensemble électrogène secondaire pouvant se satisfaire d'une source de chaleur à relativement tasse température (2000C). Un exemple particulier de ce sous ensemble électrogène est un dispositif à turbine à ammoniac fonctionnant en circuit fermé. Bien entendu, le système décrit ci-dessus n'est pas limitatif et plusieurs variantes peuvent être utilisées dans l'installation. En particulier on peut avoir plusieurs turbines et/ou compresseurs, dàns le circuit thermodynamique principal. Le gaz de ce circuit peut être le gaz carbonique au lieu de l'hélium etc... R E V v N D I C A T I O N S t. Installation de génération d'électricite du type comprenant au moins une turbine a gaz fonctionnant en cycle fermé et dont le gaz est chauffé par une source de chaleur à combustible et comburant non gazeux, notamment un réacteur nucléaire, caractérisée par le fait qu'un circuit thermody namique secondaire est placé en relation déchange thermique avec le circuit thermodynamique principal au niveau de la sortie de la turbine, pour réutiliser en dehors de ce circuit thermodynamique principal l'énergie qui serait perdue par suite de la haute température du gaz à la sortie des turbines. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit thermodynamique secondaire adjoint à l'échangeur est parcouru par un fluide capable de rester liquide à la pression atmosphérique et à une température voisine de celle des gaz de sortie de la turbine. 3. Installation selon la revendication 2, caractéri sée par le fait que le fluide du circuit thermodynamique adjoint à l'échangeur est un fluide organique. 4. Installation selon l'une des revendications 2 a' 3, caractérisée par le fait que l'on dispose dans le circuit secondaire adjoint à l'échangeur thermique un réservoir destiné à retenir le fluide qui parcourt ce circuit, réservoir pouvant être à la pression atmosphérique et muni d'une vanne autorisant le stockage de calories et leur redistribution immédiate ou différée dans le temps vers le reste du circuit secondaire adjoint à l t échangeur. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée par le fait que le circuit secondaire adjoint à l'echangeur thermique~al:lmeSte un système thermodynamique d'utilisation finale des calories récupérées, système se pre- tant à un cycle thermodynamique à température -peu élevée. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le rait que le système thermodynamique d'utilisation finale est un groupe électrogène à turbine à ammoniac. 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le système thermodynamique d'utilisation finale des calories est un circuit de chauffage industriel ou domestique. 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'un réfrigérateur est disposé entre l'échangeur thermique et le ou les compresseurs dans le circuit thermodynamique principal du dispositif électrogène, ceci pour abaisser la température du gaz moteur et par là améliorer le rendement thermodynamique.