Brevet FR3136513A1 — publié le 20231215

L’invention concerne un dispositif (D) de production d’énergie à partir des fumées et gaz de combustion produits par un appareil de combustion équipé d’au moins un conduit d’évacuation (1) desdites fumées et gaz, ledit dispositif étant adapté pour être fixé dans un conduit d’évacuation (1) de fumées ou de gaz de combustion, comprenant au moins un manchon (2) de forme et de dimensions adaptées à la forme et aux dimensions du conduit d’évacuation (1), ledit manchon (2) étant inséré dans ledit conduit (1) avec les axes longitudinaux (A1) du manchon (2) et du conduit d’évacuation (1) confondus, ledit manchon (2) comprenant un châssis équipé d’au moins une hélice entrainée en rotation par le flux des fumées ou de gaz passant par le conduit d’évacuation (1) équipé du manchon (2), ladite hélice (7) étant reliée (5) à un organe générateur (4) d’électricité Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 DISPOSITIF DE PRODUCTION D’ENERGIE A PARTIR DE FUMEES ET GAZ DE COMBUSTION L'invention a trait à un dispositif de production d’énergie à partir de fumées et gaz de combustion. L’expression « fumées et gaz de combustion » désigne ici les fumées et gaz de combustion générés lors de la combustion d’un combustible, quelle que soit la nature de celui-ci, dans un appareil de production de chaleur, dans un four industriel ou non, dans un appareil de production de vapeur, dans une centrale de production d’énergie, par un moteur thermique ou dans tout autre appareil fonctionnant par combustion d’un combustible. De tels appareils produisent des fumées et des gaz de combustion, cela en quantité variable, à des températures variables et d’une composition plus ou moins complexe. Ces fumées et gaz, selon leurs compositions, doivent être filtrés et/ou traités afin de les rendre autant que possible inoffensifs pour les êtres vivants et pour l’environnement. Une fois filtrés et/ou traités, les fumées et gaz sont relâchés dans l’environnement. Selon les appareils et/ou le type de combustion, la quantité et/ou le débit des fumées et gaz produits sont variables mais peuvent atteindre plusieurs mètres cubes par heure, cela avec des durée de production allant de quelque heures à plusieurs semaines, voir en continu pour certains fours industriels, par exemple, dans le domaine de la sidérurgie, des produits réfractaires, du verre, du séchage de produits agricoles ou autres. De même les températures de ces fumées et gaz peuvent atteindre plusieurs centaines de degrés Celsius. En d’autres termes, le relâchement des fumées et gaz dans l’environnement s’accompagne également d‘une perte d’énergie plus ou moins importante. Afin de remédier à ce problème, on connait, par exemple, par EP-A-2 935 132 ou par US-A-2015/0345 382, des dispositifs de récupération de la chaleur des fumées dans lesquels on utilise les fumées de combustion pour préchauffer un gaz, ce dernier étant ensuite comprimé. Un échangeur thermique permet ensuite de générer de l’énergie mécanique à partir du gaz comprimé. Les solutions connues sont complexes à mettre en œuvre et à installer. Par ailleurs elles nécessitent souvent des installations complémentaires et/ou onéreuses, nécessitant des modifications importantes des appareils existants. Il existe donc un besoin pour des dispositifs simples à produire et à installer, d’un entretien aisé et utilisables sur toute installation, neuve ou existante, cela avec un minimum de modifications et d’un cout de revient maitrisé. C’est à ces besoins que se propose de répondre l’invention en offrant une solution simple, aisée à mettre en place sur des installations existantes et permettant une production d’énergie à faible coût. A cet effet, l’invention a pour objet un dispositif de production d’énergie à partir des fumées et gaz de combustion produits par un appareil de combustion équipé d’au moins un conduit d’évacuation desdites fumées et gaz, ledit dispositif étant adapté pour être fixé dans un conduit d’évacuation de fumées ou de gaz de combustion, caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins un manchon de forme et de dimensions adaptées à la forme et aux dimensions du conduit d’évacuation de fumées et de gaz, ledit manchon étant inséré dans ledit conduit avec les axes longitudinaux du manchon et du conduit d’évacuation confondus, ledit manchon comprenant un châssis équipé d’au moins une hélice entrainée en rotation par le flux des fumées ou de gaz passant par le conduit d’évacuation équipé du manchon, ladite hélice étant reliée à un organe générateur d’électricité situé à l’extérieur du conduit d‘évacuation. Ainsi, grâce à l’invention on dispose d’un moyen permettant de récupérer une partie de l’énergie évacuée par les fumées et gaz de combustion, sans affecter leurs évacuations et sans modifications importantes du conduit d’évacuation. L’invention peut être montée d’origine ou sur un conduit existant. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel dispositif peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Le châssis est équipé de plusieurs hélices fonctionnant en série. Le châssis est équipé de plusieurs hélices fonctionnant en parallèle. Le conduit est équipé de plusieurs manchons. La rotation de ladite au moins une hélice s’effectue dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal du manchon. La rotation de ladite au moins une hélice s’effectue dans un plan non perpendiculaire, donc parallèle ou angulaire, à l’axe longitudinal du manchon. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: est une vue en perspective d’un conduit d’évacuation équipé d’un dispositif conforme à un mode de réalisation de l’invention, les éléments du dispositif placés dans le conduit étant illustrés en traits pointillés, est une vue en perspective, à la même échelle, du dispositif de la seul, avant son montage dans un conduit d’évacuation, est une vue de dessus, à plus grande échelle, du dispositif illustré à la et est une vue simplifiée en coupe selon le plan de coupe IV-IV, du manchon de la en place dans un conduit d’évacuation partiellement représenté. La est une illustration d’un mode de réalisation de l’invention. Ici, une portion d’un conduit 1 d'évacuation de fumées et/ou de gaz est représentée sur une partie de sa longueur. Le conduit 1 est de forme cylindrique à base circulaire. En variante il est d'une autre forme, par exemple à section carrée ou rectangulaire ou autre. Un dispositif D de production d‘énergie, conforme à un mode de réalisation de l’invention, est illustré en position dans cette portion du conduit 1 d'évacuation de fumées et de gaz de combustion. On conçoit que selon la hauteur du conduit 1 d'évacuation plusieurs dispositifs D, identique ou non, peuvent être placés dans le conduit 1, les uns au-dessus des autres, en contact ou non entre eux. Pour mémoire de tels conduits 1 d'évacuation de fumées et de gaz de combustion permettent l'évacuation des fumées et des gaz issus d’une combustion quelconque dans des appareils destinés à produire par combustion thermiques divers produits, à produire de la chaleur, de la vapeur, à détruire divers produits ou autres. A titre d'exemples non limitatifs on peut citer des incinérateurs, des séchoirs industriels ou agricoles, des générateurs de vapeur, des chaudières, des fours industriels ou non. Le dispositif D comprend un manchon 2 de forme complémentaire à celle du conduit 1, donc ici cylindrique à base circulaire. Ce manchon 2 est inséré dans le conduit 1 de sorte que les axes longitudinaux du manchon 2 et du conduit 1, respectivement A2 et A1, soient confondus. Pour réaliser cette insertion du manchon 2 dans le conduit 1, on découpe transversalement le conduit 1 et, après écartement des deux parties découpées 10, 11 du conduit 1, on dispose entre elles le manchon 2. Le manchon 2 est fixé en position et maintenu contre chacune des parties 10, 11 par deux brides 12 entourant le manchon 2 et les parties 10, 11 au niveau de leurs zone de jonction, cela de manière connue en soi. Les brides 12 sont maintenues parallèles entre elles, et à écartement constant par des tiges ou pattes 13 assurant également la rigidité de l’ensemble. Cela permet de limiter autant que possible tout effet de vrillage du manchon 2 dans le conduit 1 lorsque le dispositif est en fonctionnement. Sur l'extérieur du manchon 2, un berceau 3, ici tubulaire, reçoit un organe générateur d'électricité 4 typiquement une turbine électrique qui, par la suite, sera désignée sous le terme de génératrice. Celle-ci est avantageusement reliée par des câbles à un transformateur ainsi qu'à des batteries de stockage d'électricité et/ou au réseau électrique, soit public soit domestique, selon le lieu qui reçoit le dispositif D. Pour faciliter la lecture, ces divers éléments connus en soi ne sont pas illustrés. Comme cela ressort plus particulièrement de la , la génératrice 4 est reliée par un organe de transmission 5, comprenant, outre un engrenage fixé sur la génératrice 4, une courroie ou une chaîne reliant la génératrice 4 à un arbre 6 entrainé en rotation par une hélice 7 située dans le manchon 2. On conçoit que l’organe de transmission 5 peut comporter, de façon avantageuse et connue en soi, un jeu de pignons réducteurs et de moyens de freinage de la rotation. Le berceau 3 est fixé, de manière définitive ou non, sur la paroi externe du manchon 2 par des moyens connus en soi, tels que vissage, soudage, collage ou autre. Le manchon 2 comprend, dans son volume interne, un châssis 8, ici en forme de cadre plat, réalisé par des matériaux, ici tubulaires, insensibles à la corrosion par la fumée et/ou les gaz et résistant à la chaleur. Ce châssis 8 est fixé de manière définitive ou amovible sur les parois internes 9 du manchon 2. Il a ici la forme d'un quadrilatère, typiquement un parallélogramme. Ici, il s’agit d’un châssis 8 carré. En variante il peut être de forme rectangulaire, circulaire ou autre. Le châssis 8 est placé dans le manchon 2 de sorte que le plan principal P du châssis 8 s'étend perpendiculairement à l'axe longitudinal A2 du manchon 2, donc de facto perpendiculairement à l’axe A1 du conduit 1 une fois le manchon 2 en place dans le conduit 1. Le châssis 8 est donc coplanaire à la section transversale du conduit 1. En variante, le châssis 8 n’est pas perpendiculaire à l’axe A1 mais disposé angulairement par rapport à ce dernier. Dans tous les cas, autant la configuration géométrique du châssis 8 que sa position doivent être le moins invasif possible dans le manchon afin de provoquer un minimum de perturbations dans l’écoulement des fumées et gaz dans le manchon 2. L'axe longitudinal A2 du manchon 2 passe par le centre du châssis et est matérialisé par l’arbre de rotation 6 de l’hélice 7. L'hélice 7 illustrée ici et visible notamment , est une hélice 7 quadri-pales. En variante le nombre de pales est différent de celui illustré. Avantageusement, il s’agit d’une hélice 7 à pas variable. En d’autres termes, l’inclinaison de chaque pale par rapport à l’arbre de rotation 6 est réglable. L’hélice 7 est montée ici sous le châssis 8. En variante, elle est positionnée au-dessus ou dans le châssis. L’hélice 7 occupe quasiment la totalité de la section du manchon 2, l’extrémité des pales débordant au-delà du châssis 8 comme cela ressort de la . La rotation de l’hélice 7 s'effectue donc dans le plan P du châssis 8 c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe longitudinal A2 du manchon 2. L'extrémité libre de l'arbre de rotation 6 de l'hélice 7 est reliée par la courroie 5 à la génératrice 4. En variante un châssis peut supporter plusieurs hélices montées en série l'une derrière l'autres ou bien plusieurs petites hélice montées en parallèle. Dans un autre mode de réalisation le châssis 8 est fixé parallèlement, ou angulairement, à la paroi interne 9 du manchon 2. Ainsi l’axe de rotation de l’hélice 7 est monté perpendiculairement ou angulairement par rapport à l'axe longitudinal A2 du manchon 2. Dans une telle configuration, l’hélice est placée de sorte que sa rotation s'effectue dans un plan sensiblement parallèle à la direction du flux de fumées et de gaz passant par le manchon 2. Une telle solution permet de laisser libre la plus grande partie du volume interne du manchon 2, ce qui facilite un écoulement laminaire, ou pour le moins peu turbulent, des fumées et gaz dans le manchon. Il est également possible, dans une telle configuration de placer plusieurs hélices en parallèle ou en série dans le manchon. Une telle configuration permet de préserver une section de passage des fumées et des gaz aussi proche que possible de la section nominale du conduit 1. De la sorte, on limite les turbulences pouvant apparaitre au niveau du châssis et qui peuvent affecter la rotation de l’hélice. De manière avantageuse, le dispositif D peut être équipé d'une sécurité empêchant sa mise en rotation lorsque le flux de fumées ou de gaz est trop important et/ou trop chaud. Inversement, le dispositif D comprend au moins un capteur, par exemple de pression, de type anémomètre ou autre, initiant la rotation de l’hélice 7 à partir d'une certaine valeur du débit de fumées et de gaz passant par le manchon 2. De telles caractéristiques impliquent une gestion automatique ou du moins semi-automatique du dispositif D. Une telle gestion se fait, avantageusement avec un module électronique qui est soit distant soit intégré au dispositif D. Grâce à une gestion électronique du dispositif, il est possible, soit manuellement soit automatiquement, d’adapter le fonctionnement du dispositif aux besoins en énergie. Ainsi, il est possible de mettre en marche ou de faire varier la vitesse de rotation de l’hélice selon les besoins en énergie. De même, lorsque le dispositif comporte plusieurs hélices, il est possible de jouer sur le nombre d’hélices en rotation et sur leur vitesse de rotation. Le rôle du châssis 8, outre le maintien en position de l’hélice 7, est d'éviter ou du moins de limiter autant que faire se peut les vibrations dues à la rotation de l'hélice 7 et qui risquent d'engendrer des vibrations au niveau du manchon 2, ce qui pourraient conduire à des dysfonctionnements voir à des ruptures au niveau de la liaison entre les parties 10, 11 du conduit 1 et le manchon 2. Dans un mode de réalisation avantageux, des éléments amortisseurs en caoutchouc ou en polymère, assurent l’absorption des vibrations. Il est également possible de prévoir des joints d’étanchéité au niveau des zones de jonction entre les parties 10, 11 et le manchon 2 pour éviter qu’une partie des fumées ou gaz s'échappe du conduit 1. De manière avantageuse, on positionne le dispositif D dans une zone du conduit où les pertes de charge sont minimales, donc de préférence en amont des filtres. Afin d’obtenir un écoulement des fumées et gaz le plus régulier et laminaire possible, on place, selon un mode de réalisation non illustré, l’hélice 7, donc le châssis 8, dans une chicane induisant un rétrécissement du volume interne du manchon 2. L’hélice 7 se trouve donc positionnée de facto dans un tube à effet Venturi. Le dispositif D peut équiper des conduits 1 existants, cela avec un minimum de modifications structurelles du conduit. En variante le dispositif D équipe dès l'origine un conduit 1, étant entendu que le dispositif peut, dans tous les cas, être amovible. Pour une maintenance facile, par exemple dans le cas d’une usure par corrosion ou de dysfonctionnement de l’hélice 7 t/ou de l’arbre de rotation 6 et/ou de l’organe de transmission 5, une ou des trappe(s) de visite sont prévues sur le manchon 2. Ainsi, on peut accéder au volume interne du manchon 2 sans avoir à désolidariser celui-ci du conduit 1. Avantageusement, des organes de sécurité interdisent l’ouverture de toute trappe de visite lorsque l’hélice est en rotation. En variante avantageuse, l’hélice est carénée. Le dispositif D trouve son application sur tout type de conduit d’évacuation de fumées ou de gaz pour autant qu’il y ait un flux suffisant de fumées ou de gaz, c'est-à-dire une vitesse d'écoulement des fumées ou du gaz dans le conduit compris dans une plage donnée pour, d’une part, être suffisante pour induire la rotation de l’hélice et, d’autre part, inférieure à une valeur de rupture à partir de laquelle la rotation de l’hélice se fait à une vitesse entrainant de risques de rupture des éléments constitutifs du dispositif. Outre la vitesse d’écoulement, la durée de l’écoulement doit être suffisante, typiquement de plusieurs heures, pour générer de l’énergie sur une durée de plusieurs heures au minimum. Dispositif (D) de production d’énergie à partir des fumées et gaz de combustion produits par un appareil de combustion équipé d’au moins un conduit d’évacuation (1) desdites fumées et gaz, ledit dispositif (D) étant adapté pour être fixé dans un conduit d’évacuation (1) de fumées ou de gaz de combustion, caractérisé en ce que le dispositif (D) comprend au moins un manchon (2) de forme et de dimensions adaptées à la forme et aux dimensions dudit conduit d’évacuation (1) de fumées et de gaz, ledit manchon (2) étant inséré (10, 11) dans ledit conduit (1) avec les axes longitudinaux (A2 ; A1) du manchon (2) et du conduit d’évacuation (1) confondus, ledit manchon (2) comprenant un châssis (8) équipé d’au moins une hélice (7) entrainée en rotation par le flux des fumées ou de gaz passant par le conduit d’évacuation (1) équipé du manchon (2), ladite hélice (7) étant reliée (5) à un organe générateur (4) d’électricité situé à l’extérieur du conduit d‘évacuation (1). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis (8) est équipé de plusieurs hélices (7) fonctionnant en série. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis (8) est équipé de plusieurs hélices (7) fonctionnant en parallèle. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit (1) est équipé de plusieurs manchons (2). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rotation de ladite au moins une hélice (7) s’effectue dans un plan (P) perpendiculaire à l’axe longitudinal (A2) du manchon (2). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la rotation de ladite au moins une hélice (7) s’effectue dans un plan non perpendiculaire, donc parallèle ou angulaire, à l’axe longitudinal (A2) du manchon (2).