Brevet FR2312656A1 — publié le 19761224

La présente invention eoncerne un procédé et un dispositif permettant d'accrortre le rendement thermique de machines motrices comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide. I1 est connu que le rendement thermique de machines motrices comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide dépend du rapport entre la température maximale et la température minimale du processus de travail et, par suite, également de la température à laquelle le fluide circulant peut à nouveau être refroidi après avoir absorbé la chaleur normalement perdue car c'est en fonction de ce refroidissement que la température d'entrée dans le compresseur se trouve abaissée. Le refroidissement du fluide circulant est cependant en soi une opération très coûteuse sur le plan énergétique et, par suite, du point de vue économique. C'est pourquoi la présente invention a pour objet d'optimiser le processus de façon à obtenir un rendement maximal pour une dépense minimale. Or il 'est 9 présent avéré que le rendement thermique de machines motrices comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide peut Outre augmenté par un procédé qui consiste à permettre au fluide entre refroidi dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur par du gaz naturel liquide à vaporiser, ce dernier étant chauffé jusqu'au point d'ébullition. Suivant une variante du procédé de l'invention le fluide fait l'objet au moins une fois, lors de la compression, d'un refroidissement intermédiaire dans un circuit simple ou multiple. I1 est en outre prévu suivant l'invention d'utiliser pour des fluides contenant de 1'oxygène un circuit intermédiaire où règne une pression supérieure à celle du gaz circulant dans les réfrigérants préalable et intermédiaire. Le fluide circulant dans le circuit peut être notamment de l'air, de l'hélium, du néon, de l'argon ou de l'azote. En conséquence, la présente invention crée également un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé permettant d'accroStte le rendement thermique de machines motrices comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il est incorporé dans l'ensemble des conduits véhiculant le fluide circulant, en tant qu'organe(s) de refroidissement, un ou plusieurs échangeurs de chaleur qui font en même temps partie, en tant qu'organes chauffants, d'un dispositif de vaporisation pour gaz naturels liquéfiés ou en ce qu'il est incorporé dans l'ensemble de conduits, en tant qu'organes de refroidissement, un ou plusieurs échangeurs de chaleur qui font partie de circuits intermédiaires dans lesquels sont disposés d'autres échangeurs de chaleur qui font en même temps partie, en tant qu'organes chauffants, d'un dispositif de vaporisation pour gaz naturels liquéfiés. Or on sait que du gaz naturel (également connu sous le sigle LNG) transporté dans des navires méthaniers peut, suivant une technique connue, être vaporisé avant d'alimenter des réseaux de gazoducs existants. Il est en outre courant de faire produire la chaleur de vaporisation par de l'eau de mer ou par des évaporateurs à tubes-foyers immergés. Les deux procédés ont pour inconvénient de nécessiter de 1 'énergie supplémentaire pour produire la chaleur de vaporisation. Cela entraine de fortes dépenses en matière de production d'énergie. Dans la demande de brevet allemand publiée nO 2 224 826 il est en outre déjà décrit un procédé permettant de vaporiser et surchauffer un fluide cryogène et dans lequel les gaz d'échappement d'une turbine à gaz sont utilisés pour l'échange de chaleur. Cela représente en soi déjà un progrès mais l'avan~ tage obtenu par 1' échange thermique se limite dans ce cas au processus de gazéification du gaz naturel liquéfié. Le rendement utile de la turbine à gaz fournissant le gaz d'échappement ne se trouve pas accru par ce genre d'échange thermique. L'intérêt tedmiquede la présente invention apparait donc clairement. Le gaz naturel liquéfié est vaporisé en utilisant de l'énergie qui n'entrasse pas de frais supplémentaires. En effet, on utilise de la chaleur récupérée qui est normalement perdue.Cette récupération de chaleur perdue n'est donc pas un but en soi mais permet au rendement des machines motrices thermiques dans le circuit fermé desquelles l'échangeur ou les échangeurs de chaleur est (aont) monté (s) d'être accru d'une manière répondant au problème posé suivant la présente invention car, comme on le sait, le rendement de machines motrices thermiques dépend du rapport entre la température maximale et la température minimale du processus de travail.Etant donné que le gaz naturel liquéfié à vaporiser se trouve à une tempéra ture d'environ -1500C, il peut être question, dans les limites de ce qui est réalisable sur le plan technique, d'une optimi sation du processus de travail de machines motrices ainsi pothotionnées. On arrive ainsi à porter le rendement thermique à des valeurs voisines de 70%. Le fluide circulant dans le circuit doit alors évidemment, d'une part, encore être gazeux atout au soins liquide dans la plage des basses températures et, d'autre part, ne pas être dissocié dans la plage des tempé ratures élevées, conditions qui sont d'ailleurs faciles à retplir.- Le dispositif suivant l'invention est illustré schémati quement et à titre d'exemple aux dessins annexés. La fig. 1 représente le circuit d'une machine motrice thermique combinée par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur avec le réseau de vaporisation pour gaz naturels liquéfiés. Les fig. 2 et 3 montrent comment dans le cas de fluides de circulation contenant de l'oxygène il est interposé un circuit intermédiaire où règne une pression supérieure à celle à laqèfle est soumis le gaz circulant dans les réfrigérants préalable et intermédiaire. Aux figures sont désignés respectivement par 1 la turbine; 2 les conduits du circuit véhiculant le fluide circu lant; 3, 4 et 6 des échangeurs de chaleur dans le circuit; 5 un compresseur basse pression; 7 un compresseur haute pression; 8 le réchauffeur monté dans le circuit 9 le générateur; 10 l'arbre sur lequel sont montés le compresseur basse pression 5, le compresseur haute pression 7, la turbine 1 et le générateur 9; Il le conduit d'amenée pour les gaz liquéfiés qui se di vise enles conduits 12 et 13 pour les échangeurs de chaleur 6 et 4, les courants partiels se réunissant à nouveau dans le conduit d'évacuation 14; 15 et 16 des circuits intermédiaires; 17 et 18 des échangeurs de chaleur dans les circuits intermédiaires 15 et 16. Les figures mettent en évidence le principe de la ponte invention. La chaleur dissipée par le fluide circulant dans la machine motrice thermique est transmise dans des échangeurs de chaleur 4 et 6 qui sont parcourus par du gaz naturel liquéfié se trouvant à une température d'environ -1500C. Cela permet,d'une part, de vaporiser le gaz naturel et, d'autre part, de refroidir le fluide de manière à obtenir l'optimisa- tion du processus de travail recherchée suivant l'invention. REYENDICATIONS 1 - Procédé pour accrortre le rendement thermique de machines motrices comprenant un circuit fermé dans lequel cir cule un fluide, caractérisé en ce que le fluide circulant dans le circuit est refroidi dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur par du gaz naturel liquéfié A vaporiser et en ce que ce dernier se trouve ainsi chauffé jusqu'à ébullition. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide est soumis au moins une fois, lors de la compression, à un refroidissement intermédiaire dans un circuit simple ou multiple. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour des fluides contenant de ltoxygène il est prévu un circuit intermédiaire dans lequel règne une pres sion supérieure à celle à laquelle est soumis le gaz circulant dans les réfrigérants préalable et intermédiaire. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fluide circulant est de l'air, de l'héliue, du néon, de l'argon ou de l'azote. 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé permet tant d'accroitre le rendement thermique de machines motrices qui comprennent un circuit fermé dans lequel circule un fluide suivant l'une des revendications 1 A 4, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans l'ensemble de conduits2 véhiculant le fluide, en tant qutéléments de refroidissement, un ou plusieurs échan geurs de chaleur 4, 6 qui font en même temps partie, en tant qu éléments chauffants, d'un réseau de vaporisation pour du gaz naturel liquéfié, ou en ce qu'il est incorporé à l'ensemble de conduits 2, en tant qu'éléments de refroidissement, un ou plu sieurs échangeurs de chaleur 4, 6 qui font partie de circuits intermédiaires 15, 16 dans lesquels sont montés d'autres échan geurs de chaleur 17, 18 qui font en xee temps partie, en tant qu'éléments chauffants, d'un réseau de vaporisation pour du gaz naturel liquéfié.