Brevet FR3103218A1 — publié le 20210521

L’invention concerne un dispositif de combustion (1) pour véhicule, notamment automobile, comportant une chambre de combustion (10) apte à accueillir un fluide de travail, une entrée (11) et une sortie (12), caractérisé en ce que ledit dispositif (1) comporte en outre un circuit échangeur (20) disposé autour de ladite chambre de combustion (10) comportant un conduit d’entrée (25) et un conduit de sortie (26) apte à accueillir ledit fluide de travail, ledit fluide de travail circulant dans ledit circuit échangeur (20) étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide de travail circulant dans ladite chambre de combustion (10). Figure 1 DISPOSITIF DE COMBUSTION COMPORTANT UNE CHAMBRE DE COMBUSTION ET UN CIRCUIT ECHANGEUR ET SYSTEME COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF L’invention se rapporte à un dispositif destiné à être mis en œuvre dans un système thermodynamique. Le dispositif comporte une chambre de combustion et un circuit échangeur. Ce système thermodynamique est notamment destiné aux véhicules automobiles électriques ou hybrides. Afin d’améliorer le rendement et le travail net spécifique des machines thermodynamiques, il est connu de l’art antérieur de mettre en œuvre une machine comprenant deux compresseurs, un échangeur de chaleur disposé entre les deux compresseurs, également dénommé en anglais « intercooler », une première turbine, une première chambre de combustion, une seconde turbine, une seconde chambre de combustion et un récupérateur. Les deux compresseurs et les deux turbines sont reliés ensemble au moyen d’un même arbre de transmission de puissance. Cette machine met en œuvre un cycle dénommé en anglais « Intercooled Recuperator Reheat Gas Turbine Cycle », connu également sous l’acronyme IRReGT. Le fluide de travail sortant du second compresseur traverse le récupérateur, via un circuit primaire, pour échanger de la chaleur avec un circuit d’échappement, traversant également le récupérateur. Le fluide de travail traverse ensuite la première chambre de combustion agencée entre la sortie du récupérateur et l’entrée de la première turbine et circule ensuite dans la seconde chambre de combustion, dénommée également en anglais « Reheat combustor », agencée entre la sortie de la première turbine et l’entrée de la seconde turbine. Les gaz d’échappement sortant de la seconde turbine traversent de nouveau le récupérateur via un circuit d’échappement afin d’échanger de la chaleur avec le fluide de travail circulant dans le circuit primaire. Le fluide de travail traversant le circuit primaire est ainsi réchauffé par la chaleur provenant des gaz d’échappement. Il est connu que ce cycle permet d’atteindre un rendement très important tout en générant une densité de puissance élevée. Bien que la machine mettant en œuvre un tel cycle présente de nombreux avantages, elle présente néanmoins des inconvénients majeurs. En effet, elle nécessite deux chambres de combustion ce qui a pour effet de rendre plus complexe son assemblage, d’augmenter sa masse ainsi que sa taille. Par ailleurs, il est nécessaire de contrôler les deux chambres de combustion induisant ainsi un moyen de contrôle relativement complexe. Le but de l’invention est donc de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif et un système intégrant un tel dispositif qui améliorent les machines thermodynamiques destinées aux véhicules automobiles hybrides ou électriques mettant en œuvre ordinairement deux chambres de combustion. Ce dispositif et ce système permettent de simplifier l’architecture de ces machines thermodynamiques. Ils permettent également de réduire la masse et l’encombrement de telles machines. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un dispositif de combustion pour véhicule, notamment automobile, comportant une chambre de combustion apte à accueillir un fluide de travail, une entrée et une sortie, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre un circuit échangeur disposé autour de ladite chambre de combustion comportant un conduit d’entrée et un conduit de sortie apte à accueillir ledit fluide de travail, ledit fluide de travail circulant dans ledit circuit échangeur étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide de travail circulant dans ladite chambre de combustion. Avantageusement, ledit dispositif comporte en outre une première chambre d’isolation thermique agencée autour dudit circuit échangeur apte à limiter les échanges de chaleur entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit échangeur et l’environnement extérieur audit dispositif. De préférence, ledit dispositif comporte en outre un circuit de passage d’air agencé entre lesdites entrée et sortie et disposé à la périphérie dudit dispositif. De préférence, ledit dispositif comporte en outre une seconde chambre d’isolation thermique agencée entre ladite première chambre d’isolation thermique et ledit circuit de passage d’air. L’invention concerne également un système de production d’énergie électrique pour véhicule, notamment automobile, comportant au moins un premier compresseur, une première turbine, une seconde turbine et une génératrice d’électricité, reliés ensemble au moyen d’un arbre de transmission de puissance, ledit système comportant un dispositif de combustion, ladite sortie étant reliée à l’entrée de ladite première turbine ou à l’entrée de ladite seconde turbine. De manière préférée, ledit conduit d’entrée dudit circuit échangeur est relié à l’une des turbines, ledit conduit de sortie étant relié à l’autre turbine. Selon un aspect préféré, ledit système comporte en outre un récupérateur agencé entre ledit premier compresseur et l’entrée dudit dispositif. De préférence, ledit système comporte en outre un second compresseur relié audit arbre de transmission de puissance. De manière préférée, ledit système comporte en outre un échangeur de chaleur agencé entre ledit premier compresseur et ledit second compresseur. L’invention se rapporte en outre à un véhicule, notamment automobile, comportant un système de production d’énergie électrique. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : illustre schématiquement un dispositif de combustion selon un premier mode de réalisation de l’invention ; est une représentation schématique d’un dispositif de combustion selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; illustre schématiquement un système thermodynamique de production d’énergie électrique mettant en œuvre l’un des dispositifs de combustion illustrés sur les figures 1 et 2. En référence à la figure 1, il est représenté de manière schématique un dispositif de combustion 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le dispositif 1 présente sensiblement une symétrie de révolution selon un axe de révolution A-A’. Il comprend une chambre de combustion 10 comportant elle-même une entrée d’air 11, apte à admettre de l’air frais, et une sortie 12, apte à rejeter les gaz d’échappement produits par dans la chambre de combustion 10. La chambre de combustion 10 et l’entrée d’air 11 sont partiellement entourées par un circuit échangeur 20, également de forme sensiblement cylindrique. Le circuit échangeur 20 comprend une paroi intermédiaire 21, présentant sensiblement une symétrie de révolution selon l’axe A-A’, une première paroi de fermeture 22 et une seconde paroi de fermeture 23, disposées perpendiculairement par rapport à l’axe A-A’. Une paroi 13 de la chambre de combustion 10 ferme le circuit échangeur 20. La paroi intermédiaire 21, les première et seconde parois de fermeture 22, 23 et la paroi 13 de la chambre de combustion délimitent la chambre 24 du circuit échangeur 20. Le circuit échangeur 20 est lui-même entouré par une chambre d’isolation thermique 30. La chambre d’isolation thermique 30 permet de limiter les échanges de chaleur entre le circuit échangeur 20 et l’environnement extérieur au dispositif 1. Le rendement du dispositif 1 est ainsi amélioré. Le circuit échangeur 20 comporte en outre un premier conduit 25, agencé perpendiculairement par rapport au dispositif 1, traversant la chambre d’isolation thermique 30 et débouchant dans la chambre 24 du circuit échangeur 20. Le circuit échangeur 20 présente également un second conduit 26, agencé perpendiculairement par rapport au dispositif 1, traversant la chambre d’isolation thermique 30 et débouchant dans la chambre 24 du circuit échangeur 20. Les premier et second conduits 25, 26 sont disposés en opposition par rapport à l’axe A-A’ et décalés longitudinalement par rapport à ce même axe. Le premier conduit 25 est destiné à admettre un fluide et le second conduit 26 est destiné à rejeter ce fluide. Le fluide échange ainsi de la chaleur avec la chambre de combustion 10 afin d’augmenter la température de combustion. Le rendement est ainsi amélioré. Dans une alternative à ce premier mode de réalisation, le premier conduit 25 est destiné à rejeter le fluide et le second conduit 26 est destiné à admettre ledit fluide. En référence maintenant à la figure 2, il est représenté schématiquement un dispositif de combustion 100 selon un second de mode de réalisation de l’invention. Le dispositif 100 présente sensiblement une symétrie de révolution selon un axe de révolution B-B’. Il comprend une chambre de combustion 110 comportant elle-même une entrée d’air 111, apte à admettre de l’air frais, et une sortie 112, apte à rejeter les gaz d’échappement produits par dans la chambre de combustion 110. La chambre de combustion 110 et l’entrée d’air 111 sont partiellement entourées par un circuit échangeur 120, également de forme sensiblement cylindrique. Le circuit échangeur 120 comprend une paroi intermédiaire 121, présentant une symétrie de révolution selon l’axe B-B’, une première paroi de fermeture 122 et une seconde paroi de fermeture 123, disposées perpendiculairement à l’axe B-B’. Une paroi 113 de la chambre de combustion 110 ferme le circuit échangeur 120. La paroi intermédiaire 121, les première et seconde parois de fermeture 122, 123 et la paroi 113 de la chambre de combustion 110 délimitent la chambre 124 du circuit échangeur 120. Le circuit échangeur 120 est lui-même entouré par une chambre d’isolation thermique 130. La chambre d’isolation thermique 130 permet de limiter les échanges de chaleur entre le circuit échangeur 120 et l’environnement extérieur au dispositif 100. Le rendement du dispositif 100 est ainsi amélioré. Le circuit échangeur 120 comporte en outre un premier conduit 125, agencé perpendiculairement par rapport au dispositif 100, traversant la chambre d’isolation thermique 130 et débouchant dans la chambre 124 du circuit échangeur 120. Le circuit échangeur 120 présente également un second conduit 126, agencé perpendiculairement par rapport au dispositif 100, traversant la chambre d’isolation thermique 130 et débouchant dans la chambre 124 du circuit échangeur 120. Les premier et second conduits 125, 126 sont disposés en opposition par rapport à l’axe B-B’ et décalées longitudinalement par rapport à ce même axe. Le premier conduit 125 est destiné à admettre un fluide et le second conduit 126 est destiné à rejeter ce fluide. Le fluide échange ainsi de la chaleur avec la chambre de combustion 110 afin d’augmenter la température de combustion. Le rendement est ainsi amélioré. Dans une alternative à ce second mode de réalisation, le premier conduit 125 est destiné à rejeter le fluide et le second conduit 126 est destiné à admettre ledit fluide. Le dispositif 100 comporte en outre un circuit de passage d’air 140, disposé à la périphérie dudit dispositif 1, présentant une symétrie de révolution d’axe B-B’ et prenant naissance à l’entrée d’air 111, contournant la chambre d’isolation thermique 130 et débouchant finalement à la sortie 112 de la chambre de combustion 110. Les premier et second conduits 125, 126 traversent le circuit de passage d’air frais 140. L’air frais provenant du circuit de passage d’air 140 permet de réduire la température de gaz d’échappement en sortie de la chambre de combustion 110. Dans une alternative à ce deuxième mode de réalisation de l’invention, le dispositif 110 comprend une seconde chambre d’isolation thermique 130’ (non représentée) agencée entre le circuit de passage d’air 140 et la chambre d’isolation thermique 130. Cet agencement a pour avantage de limiter les échanges de chaleur entre l’air frais circulant dans le circuit de passage d’air 140 et le fluide de travail circulant dans le circuit échangeur 120 et dans la chambre de combustion 110. Le rendement s’en trouve amélioré. En référence maintenant à la figure 3, il est représenté de manière schématique un premier mode de réalisation d’un système thermodynamique 300 de production d’énergie électrique pour véhicule, notamment automobile, comprenant un dispositif de combustion 1 tel que décrit précédemment dans le premier mode de réalisation ou un dispositif 100 tel que décrit dans le deuxième mode de réalisation de l’invention. Il comprend en outre un premier compresseur 360, un second compresseur 370, une génératrice d’électricité, une première turbine 320 et une seconde turbine 330 reliés ensemble au moyen d’un arbre de transmission 390. Un échangeur de chaleur 380, également dénommé en anglais « intercooler », est agencé entre les premier et second compresseurs 360, 370. Un récupérateur 350 est disposé entre la sortie du second compresseur 370 et l’entrée du dispositif de combustion 1, 100. En outre, le circuit d’échappement 331 disposé à la sortie de la seconde turbine 330 traverse le récupérateur 350. L’entrée de la seconde turbine 330 est reliée au premier conduit 25, 125 du dispositif 1, 100 et la sortie de la première turbine 320 est reliée au second conduit 26, 126. La sortie de la chambre de combustion 12, 112 est reliée à l’entrée de la première turbine 320. L’entrée d’air 11, 111 est reliée à la sortie du second compresseur 370 traversant le récupérateur 350. Dans une alternative à ce mode de réalisation, le système 300 ne comporte qu’un seul compresseur 370 et ne comporte pas d’échangeur de chaleur 380. Optionnellement, le système 300 ne comporte pas de récupérateur 350. Le système thermodynamique 300 permet d’alléger le véhicule dans lequel il est mis en place. Il est en outre moins complexe à assembler car il comporte moins de pièces que les systèmes de l’état de la technique. Il permet également de réduire le volume occupé dans le véhicule. Dans un second mode de réalisation du système thermodynamique 300, l’entrée d’air 11, 111 est reliée à la sortie de la première turbine 320, la sortie de la chambre de combustion 12, 112 est reliée à l’entrée de la seconde turbine 330, le premier conduit 25, 125 est relié à l’entrée de la première turbine 320 et le second conduit 26, 126 est relié à la sortie du récupérateur 350. Cette configuration a pour avantage d’obtenir une combustion dans la chambre de combustion 10, 110 à une pression plus faible. Par conséquent, la paroi de la chambre de combustion 13, 113 a une plus faible épaisseur ainsi que toutes les parois du dispositif de combustion 1, 100 notamment celles du circuit échangeur 20, 120 et de la chambre d’isolation thermique 30, 130. Dispositif (1, 100) de combustion pour véhicule, notamment automobile, comportant une chambre de combustion (10, 110) apte à accueillir un fluide de travail, une entrée (11, 111) et une sortie (12, 112), caractérisé en ce que ledit dispositif (1, 100) comporte en outre un circuit échangeur (20, 120) disposé autour de ladite chambre de combustion (10, 110) comportant un conduit d’entrée (25, 125) et un conduit de sortie (26, 126) apte à accueillir ledit fluide de travail, ledit fluide de travail circulant dans ledit circuit échangeur (20, 120) étant apte à échanger de la chaleur avec ledit fluide de travail circulant dans ladite chambre de combustion (10,110). Dispositif (1, 100) selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif (1, 100) comporte en outre une première chambre d’isolation thermique (30, 130) agencée autour dudit circuit échangeur (20, 120) apte à limiter les échanges de chaleur entre le fluide de travail circulant dans ledit circuit échangeur (20, 120) et l’environnement extérieur audit dispositif (1, 100). Dispositif (1, 100) selon la revendication 2 caractérisé en ce que ledit dispositif (1, 100) comporte en outre un circuit de passage d’air (140) agencé entre lesdites entrée (11, 111) et sortie (12, 112) et disposé à la périphérie dudit dispositif (1, 100). Dispositif (1, 100) selon la revendication 3 caractérisé en ce que ledit dispositif (1, 100) comporte en outre une seconde chambre d’isolation thermique (130’) agencée entre ladite première chambre d’isolation thermique (30, 130) et ledit circuit d’air (140). Système (300) de production d’énergie électrique pour véhicule, notamment automobile, comportant au moins un premier compresseur (370), une première turbine (320), une seconde turbine (330) et une génératrice d’électricité (340), reliés ensemble au moyen d’un arbre de transmission de puissance (390) caractérisé en ce que ledit système (300) comporte un dispositif (1, 100) de combustion selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, ladite sortie (12, 112) étant reliée à l’entrée de ladite première turbine (320) ou à l’entrée de ladite seconde turbine (330). Système (300) selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit conduit d’entrée (25, 125) dudit circuit échangeur (20, 120) est relié à l’une des turbines (320, 330), ledit conduit de sortie (26, 126) étant relié à l’autre turbine (320, 330). Système (300) selon l’une quelconque des revendications 5 à 6 caractérisé en ce que ledit système (300) comporte en outre un récupérateur (350) agencé entre ledit premier compresseur (370) et l’entrée (11, 111) dudit dispositif (1, 100). Système (300) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 caractérisé en ce que ledit système (300) comporte en outre un second compresseur (360) relié audit arbre de transmission de puissance (390). Système (300) selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit système (300) comporte en outre un échangeur de chaleur (380) agencé entre ledit premier compresseur (370) et ledit second compresseur (360). Véhicule, notamment automobile, comportant un système (300) de production d’énergie électrique selon l’une quelconque des revendications 5 à 9.