Brevet FR3045726A1 (20170623)
REVENDICATIONS1. Dispositif (10) d'extraction et de valorisation de l'énergie de détente d'un gaz sous pression non chauffé, caractérisé en ce qu'il comporte : un détendeur (110) de gaz de type machine tournante, comportant un arbre (111) libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l'énergie mécanique sur l'arbre en rotation, un échangeur (115) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : une entrée (120) pour le gaz détendu ; une entrée (125) pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d'ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; une sortie (130) pour gaz détendu réchauffé et - une sortie (135) pour fluide organique refroidi et condensé, un circuit (140) fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : la sortie de l'échangeur de chaleur à une pompe (155), la pompe à un échangeur (145) évaporateur, l'échangeur évaporateur à un détendeur (170) de fluide organique vaporisé et le détendeur de fluide organique à l'échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l'énergie mécanique sur un arbre en rotation et une connexion (145) de sortie pour le gaz détendu en aval de l'échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.\n<CLM>\1\tDispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins un détendeur (110,\n<CLM>\1\test une turbomachine, un arbre (111,\n<CLM>\1\tde chaque turbomachine étant relié 30 à une génératrice (180) configurée pour convertir l'énergie mécanique produite par ledit détendeur en électricité. 3045726 20\n<CLM>\1\tDispositif (10) selon la revendication 2, dans lequel les arbres (111,\n<CLM>\1\tde chaque turbomachine sont couplés à un arbre commun (185).\n<CLM>\1\tDispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les écoulements 5 de gaz et/ou de fluide dans le dispositif sont partiellement diphasiques gaz-liquide, avec un titre de vapeur supérieur à 80% en masse pour la partie gaz.\n<CLM>\1\tDispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 4, qui comporte, en aval de la sortie (130) pour gaz détendu réchauffé de l'échangeur (115) 10 condenseur/réchauffeur, un échangeur (144) réchauffeur du gaz détendu réchauffé.\n<CLM>\1\tDispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le fluide organique est un mélange zéotropique. 15\n<CLM>\1\tDispositif (20) de valorisation et d'optimisation de l'énergie de détente d'un gaz sous pression non chauffé, caractérisé en ce qu'il comporte : un premier détendeur (211) de gaz de type machine tournante, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l'énergie mécanique sur l'arbre en rotation, 20 un premier échangeur (221) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : une entrée (223) pour le gaz détendu issu du premier détendeur ; une entrée (224) pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d'ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; 25 - une sortie (225) pour gaz détendu réchauffé et une sortie (226) pour fluide organique refroidi et condensé, un deuxième détendeur (212), de type machine tournante, relié à la sortie pour gaz détendu du premier échangeur de chaleur, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l'énergie mécanique sur l'arbre en rotation, un deuxième échangeur (222) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée (227) pour le gaz détendu issu du deuxième détendeur ; 3045726 21 une entrée (228) pour le fluide organique ; une sortie (229) pour gaz détendu réchauffé et une sortie (230) pour fluide organique refroidi et condensé, un circuit (240) fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : la sortie de fluide organique de chaque échangeur de chaleur à une pompe (261, 262), chaque pompe à un échangeur (270) évaporateur, l'échangeur évaporateur à un détendeur (271) de fluide organique 10 vaporisé et le détendeur de fluide organique à l'entrée pour fluide organique de chaque échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l'énergie mécanique sur un arbre 15 en rotation et une connexion (255) de sortie pour le gaz détendu en aval du deuxième échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.\n<CLM>\1\tProcédé (80) d'extraction et de valorisation de l'énergie de détente d'un gaz sous 20 pression non chauffé, caractérisé en ce qu'il comporte : une étape (810) de détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l'énergie mécanique sur un arbre en rotation du gaz entré dans un détendeur, le détendeur comportant l'arbre en rotation, une étape (815) d'échange de chaleur comportant : 25 - d'une part : - une étape (820) d'entrée pour le gaz détendu ; - une étape (825) de réchauffage du gaz détendu par un fluide organique vaporisé et - une étape (830) de sortie du gaz détendu réchauffé et 30 d'autre part : - une étape (855) d'entrée pour le fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d'ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; 3045726 22 - une étape (850) de condensation et de refroidissement du fluide organique lors du réchauffement du gaz détendu et une étape (845) de sortie pour fluide organique refroidi et condensé, 5 une étape (890) de circulation en circuit fermé pour le fluide organique comportant : une étape (860) de déplacement du fluide organique en sortie de l'étape d'échange de chaleur vers une pompe ; une étape (865) de déplacement du fluide organique depuis la pompe 10 vers un échangeur évaporateur ; une étape (870) d'échange par évaporation du fluide organique ; une étape (875) de déplacement du fluide organique depuis l'échangeur évaporateur vers un détendeur de fluide organique vaporisé ; 15 une étape (880) de détente du fluide organique vaporisé ; une étape (885) de déplacement du fluide organique depuis le détendeur pour servir de fluide organique au cours de l'étape d'entrée pour le fluide de l'étape d'échange de chaleur et une étape (840) de sortie pour le gaz détendu en aval de l'étape d'échangeur 20 de chaleur.