Brevet FR3127254A1 — publié le 20230324

L’invention concerne un système de cogénération, comprenant : - une enceinte comprenant : * une entrée pour de l’air comburant, * une sortie d’air de traitement, * une sortie de fumées de combustion, - une turbine reliée à la sortie d’air de traitement de l’enceinte, - une ligne de sortie de l’air de traitement, - une ligne de sortie fumées de combustion, - au moins un compresseur, pour comprimer de l’air de traitement en entrée de l’enceinte. Il est essentiellement caractérisé en ce qu’il comprend en outre, - une pompe à chaleur à absorption, comprenant : * un circuit de fluide chaud, * un circuit de fluide froid, * un circuit de fluide tiède, et * au moins un échangeur pour échanger de la chaleur entre l’un au moins desdits circuits et la ligne de sortie de l’air de traitement et/ou la ligne de sortie fumées de combustion. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Procédé de cogénération en cycle ouvert. La présente invention concerne le domaine la cogénération d’énergie. Dans ce domaine, il est courant de combiner la production d’énergie électrique et la production d’énergie thermique grâce à des systèmes comprenant une turbine, une source de chaleur créant des fumées et un échangeur entre les fumées et la turbine, par exemple une chaudière. Il existe diverses solutions de cogénération, toutes basées sur ce principe. Les valeurs de température et d’énergie varient en fonction des besoins et des systèmes, toutefois, les systèmes en cycle ouvert connus présentent en général un rendement global inférieur à 80%, ce qui n’est pas satisfaisant. La présente invention vise à résoudre ce problème en proposant une solution qui, grâce à une disposition astucieuse d’échangeurs et éventuellement d’autres moyens de récupération d’énergie, décrits ultérieurement, d’atteindre un rendement d’environ 98%. Plus précisément, l’invention concerne un système de cogénération en cycle ouvert d’énergie thermique et électrique, comprenant : - un ensemble d’au moins un échangeur thermique, configuré pour être relié à des fumées de combustion provenant d’un foyer ; ledit ensemble d’au moins un échangeur thermique comprenant une entrée et une sortie d’air de traitement, - une turbine, configurée pour produire de l’énergie électrique, reliée à la sortie d’air de traitement dudit ensemble d’au moins un échangeur thermique, - une ligne de sortie de l’air de traitement, reliant la sortie de la turbine à l’extérieur, - une ligne de sortie fumées de combustion, pour évacuer les fumées de combustion vers l’extérieur, - un ensemble d’au moins un compresseur, configuré pour comprimer l’air de traitement en entrée de l’ensemble d’au moins un échangeur thermique . Il est essentiellement caractérisé en ce qu’il comprend en outre, - une pompe à chaleur à absorption, comprenant : * un circuit de fluide chaud, * un circuit de fluide froid, * un circuit de fluide tiède, ou réseau utile, et * un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur entre l’un au moins des circuits de la pompe à chaleur et l’une au moins parmi la ligne de sortie de l’air de traitement et la ligne de sortie fumées de combustion. On peut prévoir en outre un ensemble d’au moins un dispositif thermoélectrique, permettant de produire de l’électricité à partir d’une source de chaleur de plus de 150°C et disposé sur l’une au moins parmi la ligne de sortie de l’air de traitement et la ligne de sortie fumées de combustion. On peut prévoir que le dispositif thermoélectrique est au moins l’un parmi : - une machine à cycle organique de Rankine; - un expanseur, notamment un expanseur à vis ; - une turbine vapeur. On peut prévoir que le système comprend en outre un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur entre au moins l’un parmi : - le circuit de fluide chaud et la ligne de sortie de l’air de traitement, - le circuit de fluide chaud et la ligne de sortie fumées de combustion, - le circuit de fluide tiède et la ligne de sortie de l’air de traitement, - le circuit de fluide tiède et la ligne de sortie fumées de combustion, - le circuit de fluide froid et la ligne de sortie de l’air de traitement, et - le circuit de fluide froid et la ligne de sortie fumées de combustion. On peut prévoir en outre une enceinte, configurée pour produire de l’énergie thermique et des fumées de combustion, et comprenant ledit foyer et une sortie de fumées de combustion ; ledit ensemble d’au moins un échangeur thermique pouvant être interne ou externe à l’enceinte On peut prévoir que l’enceinte est l’un parmi : - une chaudière, - un four industriel, - un incinérateur. On peut prévoir le foyer comprend de l’air comburant, ledit air comburant étant de l’air extérieur qui est traité dans un circuit pour l’air comburant, ledit circuit pour l’air comburant comprenant au moins l’un parmi : - un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur avec la ligne de sortie de l’air de traitement, et - un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur avec la ligne de sortie fumées de combustion. On peut prévoir un échangeur de chaleur, disposé en amont de l’enceinte, et configuré pour préchauffer l’air de traitement en entrée de l’enceinte ou en entrée de l’ensemble d’au moins un échangeur thermique relié aux fumées de combustion provenant du foyer, et avec la chaleur de l’air de traitement en sortie de la turbine. On peut prévoir que le réseau utile présente, en entrée de la pompe à chaleur à absorption, une température comprise entre 35°C et 65°C, et en sortie de la pompe à chaleur à absorption, une température comprise entre 40°C et 90°C. On peut prévoir que le réseau utile est un réseau de chaleur urbain, ou un réseau de procédé industriel valorisant de la chaleur. Ou encore tout autre réseau de procédé thermique valorisant de la chaleur. On peut prévoir que le dispositif thermoélectrique est équipé d’un échangeur interne, configuré pour échanger de l’énergie thermique avec le réseau utile. D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif et faite en référence aux figures annexées. DESCRIPTIF DES DESSINS illustre un schéma d’un mode de réalisation du système selon l’invention. Système de cogénération en cycle ouvert d’énergie thermique et électrique, comprenant : - un ensemble d’au moins un échangeur thermique, configuré pour être relié à des fumées de combustion provenant d’un foyer ; ledit ensemble d’au moins un échangeur thermique comprenant une entrée et une sortie d’air de traitement, - une turbine, configurée pour produire de l’énergie électrique, reliée à la sortie d’air de traitement dudit ensemble d’au moins un échangeur thermique, - une ligne de sortie de l’air de traitement, reliant la sortie de la turbine à l’extérieur, - une ligne de sortie fumées de combustion, pour évacuer les fumées de combustion vers l’extérieur, - un ensemble d’au moins un compresseur, configuré pour comprimer l’air de traitement en entrée de l’ensemble d’au moins un échangeur thermique, caractérisé en ce qu’il comprend en outre : - une pompe à chaleur à absorption, comprenant : * un circuit de fluide chaud, * un circuit de fluide froid, * un circuit de fluide tiède, ou réseau utile, et * un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur entre l’un au moins des circuits de la pompe à chaleur et l’une au moins parmi la ligne de sortie de l’air de traitement et la ligne de sortie fumées de combustion. Système selon la revendication 1, comprenant en outre un ensemble d’au moins un dispositif thermoélectrique, permettant de produire de l’électricité à partir d’une source de chaleur de plus de 150°C et disposé sur l’une au moins parmi la ligne de sortie de l’air de traitement et la ligne de sortie fumées de combustion. Système selon la revendication 2, dans lequel le dispositif thermoélectrique est au moins l’un parmi : une machine à cycle organique de Rankine; un expanseur, notamment un expanseur à vis ; une turbine vapeur. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur entre au moins l’un parmi : - le circuit de fluide chaud et la ligne de sortie de l’air de traitement, - le circuit de fluide chaud et la ligne de sortie fumées de combustion, - le circuit de fluide tiède et la ligne de sortie de l’air de traitement, - le circuit de fluide tiède et la ligne de sortie fumées de combustion, - le circuit de fluide froid et la ligne de sortie de l’air de traitement, et - le circuit de fluide froid et la ligne de sortie fumées de combustion. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une enceinte, configurée pour produire de l’énergie thermique et des fumées de combustion, et comprenant ledit foyer et une sortie de fumées de combustion ; ledit ensemble d’au moins un échangeur thermique pouvant être interne ou externe à l’enceinte. Système selon la revendication 5, dans lequel l’enceinte est l’un parmi : - une chaudière, - un four industriel, - un incinérateur. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le foyer comprend de l’air comburant, ledit air comburant étant de l’air extérieur qui est traité dans un circuit pour l’air comburant, ledit circuit pour l’air comburant comprenant au moins l’un parmi : - un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur avec la ligne de sortie de l’air de traitement, et - un ensemble d’au moins un échangeur pour échanger de la chaleur avec la ligne de sortie fumées de combustion. Système selon l’une quelconque des revendications 5 à 7, comprenant un échangeur de chaleur, disposé en amont de l’enceinte, et configuré pour préchauffer l’air de traitement en entrée de l’enceinte ou en entrée de l’ensemble d’au moins un échangeur thermique relié aux fumées de combustion provenant du foyer, et avec la chaleur de l’air de traitement en sortie de la turbine. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau utile présente, en entrée de la pompe à chaleur à absorption, une température comprise entre 35°C et 65°C, et en sortie de la pompe à chaleur à absorption, une température comprise entre 40°C et 90°C. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le réseau utile est un réseau de chaleur urbain, ou un réseau de procédé industriel valorisant de la chaleur.