Brevet FR2989425A1 — publié le 20131018

Groupe électrogène à refroidissement optimisé. 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui des groupes électrogènes. Plus précisément, l'invention concerne un groupe électrogène logé dans un conteneur insonorisé de dimensions standardisées, et plus particulièrement dans un conteneur de type « ISO 20' dry » conforme à la réglementation maritime CSC (de l'anglais « Container Safety Convention » pour « Convention Internationale sur la Sécurité des Conteneurs »), adopté par plus de 100 pays. Un tel conteneur est formé de deux parois longitudinales présentant une longueur de l'ordre de 6 mètres (soit 20 pieds) et de deux parois latérales présentant une largeur de l'ordre de 2,4 mètres. Ces dimensions standard sont importantes, pour permettre un stockage et un transport aisé, parmi un ensemble d'autres conteneurs de mêmes dimensions, par exemple sur un navire. 2. Techniques de l'art antérieur Il est connu d'utiliser des groupes électrogènes, soit dans des zones que le réseau de distribution électrique ne dessert pas, soit plus classiquement pour pallier une éventuelle coupure d'alimentation électrique. Dans ce cas, les groupes électrogènes sont principalement employés pour prévenir des situations où l'interruption de l'alimentation électrique entraînerait des conséquences graves ou des pertes financières, comme dans des hôpitaux ou des aéroports. Généralement, ces groupes électrogènes comprennent un moteur thermique et un alternateur relié à ce moteur thermique de manière à transformer l'énergie reçue du moteur thermique en énergie électrique. Un inconvénient d'un tel dispositif est que, pour obtenir une puissance optimale, il est nécessaire de mettre en oeuvre au sein de ce dispositif des moyens de génération et de transformation d'énergie assez imposants, ce qui engendre donc une pollution sonore importante. Ce bruit généré n'est pas satisfaisant pour l'environnement qui est à proximité (par exemple les employés et patients d' hôpitaux). Il est connu de placer de tels moyens constituant un groupe électrogène dans des conteneurs insonorisés. Ces conteneurs, généralement de dimensions standardisées sont formés de deux parois longitudinales, deux parois latérales, une base et une paroi supérieure, de manière à isoler les moyens de génération et de transformation de l'énergie, de l'environnement extérieur. Pour disposer de fortes puissances, les groupes électrogènes sont installés dans des conteneurs de 40 pieds (environ 12 mètres) de long, appelés « ISO 40' dry ». De tels conteneurs présentent un espace important, permettant d'éloigner les éléments les uns des autres, et d'optimiser l'évacuation de la chaleur et l'insonorisation. Cependant, ils présentent un encombrement important, qui n'est pas acceptable dans de nombreux cas. On peut alors utiliser un conteneur de 20 pieds, c'est-à-dire deux fois moins long. Mais dans ce cas, il n'est pas possible d'obtenir une très forte puissance. Par exemple, pour une température ambiante de 45° C, on ne peut obtenir une puissance supérieure à 1000kwe COP (puissance continue selon la norme 8528). En effet, l'utilisation d'un conteneur de cette dimension impose un confinement qui engendre une augmentation forte de la température à l'intérieur du conteneur. En d'autres termes, un inconvénient d'un tel dispositif de l'art antérieur, est que la mise en oeuvre d'un groupe électrogène oblige à limiter la puissance développée, pour obtenir des nuisances sonores et thermiques acceptables. Encore une autre difficulté d'un tel groupe électrogène est que la Convention Internationale sur la Sécurité des Conteneurs (CSC) exige qu'aucun élément ne dépasse du conteneur ce qui empêche donc de développer un tel groupe possédant des moyens de refroidissement s'étendant à l'extérieur, par exemple sur le toit, afin qu'il soit conforme à la CSC. La CSC n'autorise pas non plus la présence d'éléments devant être démontés pour le transport maritime. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier au moins certains de ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est, selon au moins un mode de réalisation, de fournir un groupe électrogène logé dans un conteneur de type « ISO 20' dry », qui permette d'obtenir une puissance relativement importante, et supérieure à celle disponible aujourd'hui pour un tel conteneur, tout en optimisant la dissipation de la chaleur dégagée. Ainsi, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir un tel groupe électrogène, apte à délivrer au moins 1200 kwe COP (puissance continue selon la norme 8528) à une température ambiante de 45° C. Un autre objectif de l'invention, dans au moins un mode de réalisation, est de fournir un tel groupe électrogène qui limite autant que faire se peut le bruit généré. Encore un autre objectif de l'invention est de fournir un tel groupe électrogène qui soit conforme à la CSC et qui, en outre, ne nécessite pas de démontage particulier pour le transport maritime. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront plus clairement par la suite, sont atteints à l'aide d'un groupe électrogène comprenant, dans un conteneur insonorisé de dimensions standardisées, formé de deux parois longitudinales présentant une longueur de l'ordre de 6 mètres, deux parois latérales présentant une largeur de l'ordre de 2,4 mètres, une base et une paroi supérieure, un moteur thermique et un alternateur relié audit moteur thermique pour pouvoir transformer l'énergie reçue dudit moteur thermique en énergie électrique. Selon l'invention, le groupe électrogène met en oeuvre deux circuits de circulation d'air, à savoir : - un premier circuit de refroidissement des puissances rayonnées par ledit moteur, comprenant : - au moins trois entrées d'air distribuées sur un premier côté dudit conteneur, sur une première desdites parois latérales et lesdites parois longitudinales ; - au moins deux éléments de distribution de l'air reçu via lesdites entrées d'air, délivrant l'air vers ledit moteur et ledit alternateur respectivement en partie basse et en partie haute dudit conteneur ; - au moins deux premières sorties d'air, formées dans ladite paroi supérieure, sur le second côté dudit conteneur, au voisinage d'au moins un silencieux d'échappement dudit moteur, ledit silencieux étant monté sensiblement verticalement, de façon à être refroidi par l'air dirigé vers lesdites sorties ; - un second circuit de refroidissement thermique dudit moteur, comprenant : - au moins trois radiateurs, distribués sur le second côté dudit conteneur, respectivement sur la seconde desdites parois latérales et lesdites parois longitudinales ; - au moins une seconde sortie d'air, formée dans ladite paroi supérieure, sur le second côté dudit conteneur ; - au moins un ventilateur d'extraction d'air, monté au voisinage de ladite sortie d'air. Ainsi, l'invention propose une approche nouvelle et inventive de mise en oeuvre de moyens de refroidissement en combinaison, dans un conteneur de type « ISO 20' dry » conforme à la CSC, permettant d'obtenir un refroidissement efficace, malgré les faibles dimensions du conteneur, et donc une puissance améliorée, supérieure à celle disponible dans les groupes électrogènes de l'art antérieur. Un avantage d'un tel groupe électrogène est en effet que la puissance générée est optimisée, pour une mise en oeuvre dans un conteneur standardisé compact, aisément transportable et gerbable. Dans un mode de réalisation de l'invention, le groupe électrogène met en oeuvre deux silencieux d'échappement, dont les sorties sont définies dans la paroi supérieure de façon à être chacune placée entre deux des premières sorties d'air. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le groupe électrogène met en oeuvre deux ventilateurs d'extraction de l'air. Selon une mise en oeuvre du groupe électrogène, le ou les silencieux d'échappement sont séparés dudit moteur par une cloison. Le groupe électrogène peut également comprendre un boîtier de commande, logé dans le premier côté du conteneur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le groupe électrogène comprend au moins un filtre à air, placé au-dessus du moteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le groupe électrogène délivre une puissance d'au moins 1200 kwe COP à une température ambiante de 45°. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la suite de la lecture de la description suivante, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés ci-dessous, dans lesquels : - les figures lA à lE illustrent en vue d'ensemble un mode de réalisation d'un groupe électrogène selon l'invention, respectivement en vue du côté droit, en vue arrière, en vue du côté gauche, en vue avant et en vue de dessus ; - les figures 2A et 2B illustrent en vue intérieure respectivement du côté droit et du côté gauche, un groupe électrogène selon le mode de réalisation des figures lA à lE ; et - la figure 3 présente une vue de face de la cloison d'isolation séparant les silencieux du moteur. 6. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention Sur toutes les figures du présent document, les éléments identiques sont désignés par une même référence numérique. On présente par la suite, en relation avec les figures lA à 1E, un mode de réalisation de l'invention. Les figures lA à lE sont respectivement des vues de droite, arrière, de gauche, avant et de dessus d'un mode de réalisation du groupe électrogène selon l'invention. Comme illustré sur ces figures, le groupe électrogène 1 comprend un conteneur « ISO 20' dry », de dimensions standardisées formé de deux parois longitudinales, à savoir une paroi droite 2 et une paroi gauche 4, ces deux parois longitudinales présentant une longueur de l'ordre de 6 mètres (plus exactement 20 pieds). Le conteneur comprend également deux parois latérales présentant une largeur de l'ordre de 2,4 mètres, à savoir une paroi arrière 3 et une paroi avant 5, ainsi qu'une base (non visible sur les différentes vues) et une paroi supérieure 6. Le groupe électrogène comprend classiquement un moteur thermique et un alternateur (non visibles sur les figures lA à 1E). Selon l'invention, deux circuits distincts de circulation d'air, à savoir un premier circuit de refroidissement des puissances rayonnées par le moteur, et un second circuit de refroidissement thermique du moteur, sont définis de façon particulière et optimisée. Le moteur et l'alternateur délivrent ainsi une puissance importante, par exemple de 1200kwe, et génèrent une chaleur importante par effet Joule qui est réduite selon l'invention par les premier et second circuits de refroidissement, de sorte que le refroidissement, dans l'exemple ci-dessus, permette un fonctionnement normal à une température ambiante d'environ 45 degrés Celsius. Dans la suite de la présente description, le premier côté Cl désigne le côté du groupe électrogène incluant la paroi latérale arrière 3 et la première moitié de chacune des parois longitudinales 2, 4 au voisinage de cette paroi latérale arrière. Le second côté C2 désigne pour sa part le côté du groupe électrogène incluant la paroi latérale avant 5 et la deuxième moitié de chacune des parois longitudinales 2, 4 au voisinage de cette paroi latérale avant. Chacune des parois longitudinales droite 2 et gauche 4 présente deux portes de maintenance 22, 23, 42, 43 ménagées au voisinage du centre de chacune de ces parois et de façon sensiblement symétrique. La paroi longitudinale droite 2 comporte en outre une porte d'accès à un module de raccordement de la puissance 21 sur le côté Cl ainsi qu'une porte d'accès 24 aux silencieux d'échappement et un radiateur R1 sur le côté C2. La paroi longitudinale gauche 4 comporte sur le côté C2 un radiateur R2, ainsi qu'une porte d'accès 44 au silencieux d'échappement, et une grille d'entrée d'air A4 sur le côté Cl. La paroi latérale arrière 3 comporte deux grilles d'entrée d'air A2, A3 tandis que la paroi latérale avant 5 comporte un radiateur R3. Les figures 2A et 2B illustrent l'intérieur d'un groupe électrogène selon un mode de réalisation de l'invention en vues latérales respectivement droite et gauche. Comme illustré sur ces figures, le groupe électrogène comprend, outre le moteur 10 placé sensiblement au centre du conteneur insonorisé, un châssis 11, deux silencieux 131, 132 montés verticalement et de manière symétrique à proximité de chacune des deux parois longitudinales, et un pupitre de commande 16. Les deux silencieux 131, 132 mis en oeuvre permettent d'atténuer le bruit des gaz d'échappement du moteur et ainsi d'améliorer l'insonorisation du conteneur. Comme énoncé précédemment, le groupe électrogène comprend donc deux circuits de circulation d'air, à savoir un premier circuit de circulation de l'air pour le refroidissement des puissances rayonnées par le moteur, et un second circuit de circulation de l'air pour le refroidissement thermique du moteur (culasse et carter-cylindre notamment). Le premier circuit de refroidissement des puissances rayonnées par le moteur comporte, en plus des quatre entrées d'air Al, A2, A3, A4 distribuées sur le premier côté du conteneur, deux éléments A5, A6 de distribution de l'air reçu par les entrées d'air. Les quatre entrées d'air permettent le passage des flux d'air AE et les acheminent vers les éléments de distribution A5, A6. Ces éléments de distribution dirigent ensuite l'air vers le moteur et l'alternateur, par exemple sous la forme d'un flux d'air AH en partie haute du conteneur et d'un flux d'air AB en partie basse du conteneur. De cette manière, une grande surface du moteur et de l'alternateur est refroidie par les flux d'air AH, AB. Les flux d'air AH, AB, qui se sont réchauffés au contact du moteur, sont ensuite dirigés vers le local silencieux 7, défini par la cloison d'isolation 71 séparant les silencieux du moteur. Cette cloison, illustrée par la figure 3, présente des ouvertures 710, 711, 712, 713, 714 permettant le passage de l'air vers le local silencieux, puis vers des sorties A10, Ail définies sur la paroi supérieure 6. Cette cloison comprend également deux ouvertures 135, 136 permettant de laisser passer les gaz d'échappement provenant du moteur vers les silencieux d'échappement. Lors de leur cheminement vers les sorties A10, Al 1, les flux d'air AH, AB circulent le long des deux silencieux d'échappement 131, 132 de manière à les refroidir également. Les deux silencieux 131, 132 sont montés verticalement de manière optimiser l'encombrement et à être refroidi sur toute leur longueur par les flux d'air montant vers les sorties A10, Al 1. Ces deux silencieux possèdent chacun une sortie d'échappement 133, 134 de sorte qu'ils puissent éjecter les gaz d'échappement du moteur 10. Dans ce mode de réalisation, les sorties des silencieux sont définies au niveau de la paroi supérieure de façon à être chacune placée entre les deux sorties d'air A10, Ail du premier circuit de refroidissement. Le second circuit de circulation de l'air pour le refroidissement thermique du moteur comporte trois radiateurs R1, R2 et R3, distribués sur le second côté du conteneur, à savoir un radiateur R1 sur la paroi longitudinale droite, un radiateur R3, sur la paroi latérale avant, et un radiateur R2 sur la paroi longitudinale gauche. Ces trois radiateurs définissent une surface de refroidissement optimisée, dans un espace limitée, et refroidissent le moteur par l'intermédiaire d'un circuit de circulation. Ce circuit comporte une première portion 12 de circulation d'un fluide à basse température (refroidi par les radiateurs) qui est dirigé des radiateurs vers le moteur. Ce fluide se réchauffe au contact du moteur, abaissant en conséquence la température de ce dernier, et est renvoyé vers les radiateurs par une seconde portion 14 du circuit de circulation de fluide à haute température. Dans ce mode de réalisation, le fluide de refroidissement contenu dans le circuit de circulation est de l'eau glycolée. Le passage du fluide à basse température au niveau du moteur permet donc de refroidir ce dernier et a pour effet direct de réchauffer le fluide. Quatre ouvertures 121, 122, 141, 142 ménagées dans la cloison 71 permettent à la première portion du circuit de circulation 12 et à la deuxième portion du circuit de circulation 14 de diriger le fluide du moteur vers les radiateurs et inversement. Ces quatre ouvertures correspondent respectivement à l'entrée moteur 121 de la première portion (basse température), la sortie moteur 122 de la première portion, l'entrée moteur141 de la seconde portion (haute température), et la sortie moteur 142 de la seconde portion. Le fluide réchauffé passe d'une température haute à une température basse en étant refroidi par l'air entrant BE dans les radiateurs R1, R2 et R3. Le second circuit de refroidissement comprend en outre deux ventilateurs d'extraction B10 situés, dans ce mode de réalisation, à l'extrémité de la paroi supérieure 6, du second côté du conteneur. Ces ventilateurs permettent d'accélérer et de contrôler la circulation du flux d'air BE traversant les radiateurs R1, R2 et R3 et ainsi d'optimiser le refroidissement du fluide circulant dans les radiateurs ainsi que le moteur. Bien évidemment, de nombreux autres modes de réalisation sont envisageables. On peut par exemple prévoir un nombre différent d'entrées d'air du premier circuit de refroidissement. On peut en outre prévoir une disposition différente de ces entrées d'air. Par ailleurs, on peut imaginer un mode de réalisation de l'invention dans lequel le nombre de radiateurs ou la distribution de ceux-ci sont différents de ceux du mode de réalisation présenté. On peut en outre prévoir un nombre supérieur de secondes sorties d'air ou de ventilateurs. REVENDICATIONS1. Groupe électrogène (1) comprenant, dans un conteneur insonorisé de dimensions standardisées, formé de deux parois longitudinales (2, 4) présentant une longueur de l'ordre de 6 mètres, deux parois latérales (3, 5) présentant une largeur de l'ordre de 2,4 mètres, une base et une paroi supérieure (6), un moteur thermique (10) et un alternateur relié audit moteur thermique (10) pour pouvoir transformer l'énergie reçue dudit moteur thermique (10) en énergie électrique, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre deux circuits de circulation d'air : un premier circuit de refroidissement des puissances rayonnées par ledit moteur, comprenant : au moins trois entrées d'air (A1, A2, A3, A4) distribuées sur un premier côté dudit conteneur, sur une première desdites parois latérales (3, 5) et lesdites parois longitudinales (2, 4) ; au moins deux éléments de distribution de l'air reçu via lesdites entrées d'air, délivrant l'air (AE) vers ledit moteur (10) et ledit alternateur respectivement en partie basse et en partie haute dudit conteneur ; au moins deux premières sorties d'air (A10, A11), formées dans ladite paroi supérieure (6), sur le second côté dudit conteneur, au voisinage d'au moins un silencieux d'échappement (131, 132) dudit moteur (10), ledit silencieux (131, 132) étant monté sensiblement verticalement, de façon à être refroidi par l'air (AS) dirigé vers lesdites sorties ; un second circuit de refroidissement thermique dudit moteur, comprenant : au moins trois radiateurs, distribués sur le second côté dudit conteneur, respectivement sur la seconde desdites parois latérales et lesdites parois longitudinales ; au moins une seconde sortie d'air, formée dans ladite paroi supérieure (6), sur le second côté dudit conteneur ; au moins un ventilateur d'extraction d'air (B10), monté sur au voisinage de ladite sortie d'air. 2. Groupe électrogène (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre deux silencieux d'échappement (131, 132), dont les sorties sont définies dans ladite paroi supérieure (6) de façon à être chacune placée entre deux desdites premières sorties d'air. 3. Groupe électrogène (1) selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre deux ventilateurs d'extraction de l'air (B10). 4. Groupe électrogène (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou lesdits silencieux d'échappement (131, 132) sont séparés dudit moteur (10) par une cloison. 5. Groupe électrogène (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier de commande (16), logé dans ledit premier côté dudit conteneur. 6. Groupe électrogène (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un filtre à air, placé au-dessus dudit 15 moteur.