Brevet FR2524559A1 — publié le 19831007

La présente invention a pour objet un procédé de récupération d'énergie dans un système générateur de puis- sance du type comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée, en amont au collecteur d'échappement du moteur. La présente invention se rapporte également à un généra- teur de puissance adapté pour la mise en òuvre du procédé selon l'invention. Dans un système générateur de puissance du type indiqué ci-dessus, on peut utiliser, pour récupérer la chaleur perdue, un générateur de vapeur de fluide auxiliaire chauffé par les gaz d'échappement de la turbine d'entrainement du compresseur d'air de suralimentation, du moteur, ce générateur étant utilisé notamment aux fortes charges du moteur. Dans un système du même type dans lequel en outre un débit dérivé d'air comprimé est prélevé entre le compres- seur et le moteur sur le débit total d'air comprimé refoulé par le compresseur et est ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie des gaz de la turbine, on peut utiliser un réchauffeur du débit dérivé d'air comprimé chauffé directement par les gaz d'échappement de la turbine, ce réchauffeur étant utilisé notamment aux faibles charges du moteur. Ce dernier système présente néanmoins l'inconvénient d'introduire une perte de charge dans le circuit d'échap- pement du moteur, ce qui est préjudiciable aux performances de celui-ci et en particulier à son rendement D'autre part, cette disposition rend difficile, sinon impossible, l'utilisation du générateur de vapeur auxiliaire classique du fait qu'une grande partie de l'énergie des gaz est consommée dans le réchauffeur d'air comprimé. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités en proposant un procédé de récupéra- tion d'énergie dans un système générateur de puissance comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée en amont, au collecteur d'échappement du moteur, un débit dérivé d'air comprimé étant prélevé entre le compresseur et le moteur sur le débit total dtair comprimé refoulé par ledit compresseur, et ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie de gaz de ladite turbine, caractérisé en ce que les gaz sortant de ladite turbine jouent le rôle de fluide chauffant dans un générateur de vapeur de fluide auxiliaire relié, en aval, à une turbine à vapeur auxiliaire, la vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffant le débit dérivé d'air comprimé avant qu'ele n'entre dans ladite turbine à vapeur auxiliaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant qu'elle nientredans la turbine à vapeur auxiliaire, tandis qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement la turbine à vapeur auxiliaire; la limite entre faibles charges et fortes charges du moteur étant par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur. La présente invention a également pnur objet un générateur de puibsance, pour la mise en oeuvre du procédé précité, du type comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel; un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée, en amont, au collecteur d'échappement du moteur, un conduit de dérivation reliant la conduite de refoulement d'air comprimé du compresseur à la voie d'écoulement des gaz d'échappement; et un dispositif de récupération d'énergie, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un générateur de vapeur de fluide auxiliaire relié, en amont coté fluide chauffant, à la sortie de gaz de la turbine et, en aval, côté fluide chauffé à une turbine à vapeur auxiliaire, et un échangeur de chaleur traversé par ledit conduit de dérivation et inter- calé dans le conduit de vapeur auxiliaire reliant la sortie dudit générateur de vapeur auxiliaire à l'entrée de ladite turbine à vapeur auxiliaire. Selon une autre caractéristique de l'invention, un conduit de dérivation est branché sur le conduit de vapeur auxiliaire précité en amont et en aval de l'échangeur de chaleur précité, -une vanne à trois voies étant prévue à l'extrémité amont dudit conduit de dérivation. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en se référant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif dans lequel la figure unique représente un diagramme synoptique fonctionnel d'un mode de réalisation spécifique actuellement préféré de l'inventinn. Le générateur de puissance représenté sur cette figure unique comprend un moteur à combustion interne 1, notamment un moteur diesel par exemple à six cylindres 2, un compresseur 3 d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur 4 d'admission du moteur et couplé, par un arbre 10, à une turbine 5 à gaz d'échappement reliée en amont, au collecteur 6 d'échappement du moteur Un conduit de dérivation 7 relie la conduite 8 de refoulement d'air comprimé du compresseur 3 à la voie d'écoulement 9 desgaz d'échappement Le conduit de dérivation 7 est de préférence branché en amont d'un réfrigérant 23 de l'air comprimé. Le dispositif 11 de récupération d'énergie selon l'invention comprend un générateur 13 de vapeur de fluide auxiliaire (par exemple de l'eau) relié en amont c Oté fluide chauint,àla scrtie de gaz delaturbine par un conduit 14, et, en aval, côté fluide chauffé, à une turbine à vapeur auxiliaire 15 par un conduit 16. Le générateur 13 de vapeur est constitué par exemple d'un ballon de fluide 17 relié pour l'alimentation en liquide, à une chaudière 18 par une conduite 20 o est de préfé- rence intercalée une pompe 19,une conduite de retour 25 étant prévue pour ramener la vapeur au ballon 17; tandis qu'une autre conduite 21 amène la vapeur du ballon 17 au conduit 16 reliant le générateur de vapeur à la turbine à vapeur auxiliaire 15 en passant de préférence dans la chaudière 18. Le dispositif li de récupération d'énergie selon l'invention comprend de plus un échangeur de chaleur 12 traversé par le conduit de dérivation 7 et intercalé dans le conduit 16 de vapeur auxiliaire reliant la sortie du générateur 13 de vapeur auxiliaire à l'entrée de la turbine à vapeur auxiliaire 15. Ainsi, dans/n système générateur de puissance de ce type dans lequel un débit dérivé d'air comprimé est prélevé entre le compresseur 3 et le moteur 1 sur le débit total d'air comprimé refoulé par ledit compresseur, et ajouté auxgaz d'échappement avant la sortie des gaz de la turbine 5, les gaz sortant de la turbine 5 jouent le rôle de fluide chauffant dans le générateur 13 de vapeur de fluide auxiliaire relié, enaral, à la turbine à vapeur auxiliaire 15 La vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant que cette vapeur n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire 15. On peut avantageusement brancher un conduit de dériva- tion 22 sur le conduit 16 de vapeur auxiliaire, en amont et en aval de l'échangeur de chaleur 12, et prévoir une vanne à deux voies 24 à l'extrémité amont du conduit de dérivation 22 de façon à ouvrir ledit conduit de dérivation en fermant le conduit principal traversant l'échangeur de chaleur 12, et réciproquement Ainsi, aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant que celle-ci n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire 15 (le conduit de dérivation 22 est alors fermé) tandis qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement la turbine à vapeur auxiliaire 15 (le conduit de dérivation 22 est alors ouvert, tandis que le conduit principal traversant l'échangeur de chaleur 12 est fermé) La limite entre faibles charges et fortes charges du moteur est par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé de récupération d'énergie danq n système générateur de puissance comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement relié, en amont, au collecteur d'échappement du moteur; un débit dérivé d'air comprimé étant prélevé entre le compresseur et le moteur sur le débit total d'air comprimé refoulé par ledit compresseur et ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie des gaz de ladite turbine, caractérisé en ce que les gaz sortant deladite turbine jouent le rôle de fluide chauffant dans un générateur de fluide auxiliaire relié,en aval, à une turbine à vapeur auxiliaire, la vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffant le débit d'air comprimé avant qu'êle n'entre dans ladite turbine à vapeur auxiliaire. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu 'aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant qu'ellen'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire, et en ce qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement ladite turbine à vapeur auxiliaire. 3 Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que la limite entre faibles charges et fortes charges du moteur est par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur. 4 Générateur de puissance,pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, du type comprenant un moteur à combustion interne ( 1), notamment un moteur diesel; un compresseur ( 3) d'air de suralimen- tation relié, en aval, au collecteur ( 4) d'admission du moteur et couplé à une turbine ( 5) à gaz d'échappement reliée, en amont, au collecteur ( 6) d'échappement du moteur, un conduit de dérivation ( 7) reliant la conduite ( 8) de refoulement d'air comprimé du compresseur ( 3) à la voie d'écoulement ( 9) des gaz d'échappement; et un dispositif ( 11) de récupération d'énergie, caractérisé en ce que ledit dispositif ( 11) de récupération d'énergie comprend un générateur ( 13) de vapeur de fluide auxiliaire relié, en amont cté fluide chaufint,àla sortie degaz de laturbine, et en aval cté fluidechauffé, à uneturbine à vapeur asux Jaire ( 15),et un échangeur de chaleur ( 12) traversé par ledit conduit de dérivation ( 7) et intercalé dans le conduit ( 16) de vapeur auxiliaire reliant la sortie dudit générateur ( 13) de vapeur auxiliaire à l'entrée de ladite turbine à vapeur auxiliaire ( 15). Générateur de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation ( 22) est branché sur le conduit ( 16) de vapeur auxiliaire précité en amont et en aval de l'échangeur de chaleur ( 12) précité, une vanne à trois voies ( 24) étant prévue à l'extrémité amont dudit conduit de dérivation ( 22).