FR3032224A1 - METHOD AND SYSTEM FOR CONVERTING THERMAL ENERGY TO MECHANICAL ENERGY USING HEAT EXCHANGE BETWEEN A MOTOR FLUID AND A TRANSPORT FLUID - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé et un système de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, qui comprend un circuit selon un cycle thermodynamique, qui convertit la chaleur en énergie mécanique, et dans lequel circule un fluide moteur (Fmot). Dans ce circuit, le fluide moteur (Fmot) est refroidi par un fluide de transport (Ftra) qui comporte des capsules (cap) pour stocker le froid d'une source froide (SF). Le fluide de transport (Ftra) circule dans un deuxième circuit qui comprend des moyens de séparation (6) et de mélange (7) avec les capsules (cap).The present invention relates to a method and a system for converting thermal energy into mechanical energy, which comprises a circuit according to a thermodynamic cycle, which converts heat into mechanical energy, and in which circulates a driving fluid (Fmot). In this circuit, the driving fluid (Fmot) is cooled by a transport fluid (Ftra) which comprises capsules (cap) for storing cold from a cold source (SF). The transport fluid (Ftra) flows in a second circuit which comprises separating means (6) and mixing means (7) with the capsules (cap).
Description
La présente invention concerne le domaine de la conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, en particulier pour la conversion de l'énergie thermique des mers (ETM.. Une application particulière de la présente invention se situe dans le domaine de l'Énergie Thermique des Mers (ETM ou OTEC pour Ocean Thermal Energy Conversion. qui concerne l'utilisation d'une énergie obtenue en mettant à profit la différence de température existant dans les régions tropicales et subtropicales entre les eaux de mer de surface et les eaux situées en profondeur, en particulier de l'ordre de 1000 m. Les eaux de surface sont utilisées pour la source chaude et les eaux profondes pour la source froide d'un cycle thermodynamique moteur. La différence de température entre la source chaude et la source froide étant relativement faible, les rendements énergétiques attendus sont eux aussi faibles. Les centrales ETM conventionnelles fonctionnent généralement selon un cycle de Rankine. La demande de brevet FR 2981129 (WO 2013050666. décrit un exemple d'utilisation du cycle de Rankine dans le cas de l'ETM. La figure 1 représente un schéma de base d'une centrale ETM fonctionnant avec un cycle de Rankine et comprenant un échangeur 1 comme source chaude SC (eau de mer de surface.. Le système comprend un échangeur 4 comme source froide SF à partir de l'eau de mer froide prélevée en profondeur. Le circuit du fluide moteur, par exemple de l'ammoniac, comporte une pompe 5 et une turbine 2 entrainant un générateur 3 pour la conversion en énergie électrique.The present invention relates to the field of the conversion of thermal energy into mechanical energy, in particular for the conversion of the thermal energy of the seas (ETM. A particular application of the present invention lies in the field of thermal energy. Ocean Metrological Energy Conversion (ETM) for the use of energy obtained by taking advantage of the difference in temperature between tropical and subtropical waters between surface and deep sea waters , in particular of the order of 1000 m, surface waters are used for the hot source and deep water for the cold source of a motor thermodynamic cycle, the difference in temperature between the hot source and the cold source being relatively the expected energy efficiencies are also low.The conventional ETM plants generally operate on a Rankine cycle. Patent application FR 2981129 (WO 2013050666. describes an example of use of the Rankine cycle in the case of the ETM. FIG. 1 represents a basic diagram of an ETM plant operating with a Rankine cycle and comprising an exchanger 1 as a hot source SC (surface seawater). The system comprises an exchanger 4 as a cold source SF from FIG. Cold water taken at depth The engine fluid circuit, for example ammonia, comprises a pump 5 and a turbine 2 driving a generator 3 for conversion into electrical energy.
Dans un cas classique, la température de l'eau de mer chaude est de l'ordre de 27° C et celle de l'eau de mer froide est d'environ 5°C. Le tableau 1 précise les débits d'ammoniac (fluide moteur., d'eau chaude (source chaude. et d'eau froide (source froide. nécessaires pour faire fonctionner une centrale de 10 MWe (puissance électrique nette., les rendements du compresseur et de la turbine étant fixés à 0,9.In a typical case, the temperature of the warm sea water is of the order of 27 ° C and that of the cold sea water is about 5 ° C. Table 1 specifies ammonia flow rates (motor fluid, hot water (hot source, and cold water (cold source) required to operate a 10 MWe power plant (net electrical power, compressor efficiencies). and the turbine being set at 0.9.
Tableau 1 - Débits Débit d'ammoniac Débit d'eau chaude Débit d'eau froide 0,25 t/s 27 t/s 38 t/s Pour pouvoir générer 10 MWe, il faut donc pomper de grandes quantités d'eau et en particulier d'eau froide.Table 1 - Flows Ammonia flow Hot water flow Cold water flow 0.25 t / s 27 t / s 38 t / s To be able to generate 10 MWe, it is therefore necessary to pump large quantities of water and particular cold water.
Le rendement (rdt net. d'une centrale ETM est souvent calculé par une formule du type : rdt net = Ptur PpNH3 PpSC PpSF Qéch avec Ptur la puissance récupérée sur la turbine, PpN in la puissance de la pompe du fluide moteur, l'ammoniac, Ppsc la puissance de la pompe de la source chaude, PpsF la puissance de la pompe de la source froide, et Qéch la puissance de l'évaporateur. Pour obtenir une température d'eau de mer inférieure ou égale à 5°C, il est nécessaire de mettre en place une conduite verticale de plus de 1000 m de long. Comme un débit très important doit passer dans cette conduite (38 t/s dans notre exemple. et que la puissance consommée par la pompe eau froide (PpSF. impacte directement le rendement de l'installation, cette conduite doit avoir des diamètres très importants de l'ordre de 10 m voire plus. La réalisation de cette conduite est un des freins actuels au développement de l'ETM. Afin de lever le verrou technique de la réalisation de la conduite d'amenée de l'eau froide, plusieurs solutions ont été proposées. Une des solutions consiste à utiliser les énergies de formation/dissociation de certains composés chimiques ou de mélange de composés chimiques afin d'augmenter la capacité de transport de frigories par unité de volume, et donc de diminuer le débit d'eau froide et, de fait, la taille de la colonne montante. Plusieurs réactions de formation/dissociation peuvent permettre de transporter des frigories. On peut par exemple citer la glace ou les clathrates. En effet, les clathrates ont une énergie de dissociation négative : quand ils sont soumis à un réchauffement, ils se dissocient, et ils libèrent des frigories. Par exemple, les demandes de brevet US 7900452 et US 4104883 décrivent de telles solutions. Dans le cadre de la demande de brevet US 7900452, le concept consiste à ajouter une substance dans le tube d'eau froide permettant de former une suspension comprenant de la glace ou des clathrates. Cependant, ce concept comporte plusieurs inconvénients dont : 1. La plupart des produits utilisés pour former des semi-clathrates sont de puissants biocides et ne peuvent donc pas être largués à la mer. Même si le concept utilise un cycle fermé pour le fluide de refroidissement, une rupture de canalisation est à envisager et il faut donc prévoir des moyens pour éviter que le mélange « eau plus additif » puisse se répandre dans l'océan. 2. Les semi-clathrates ont, comme les clathrates de gaz, une forte proportion à vouloir adhérer entre eux et aux parois du contenant lors de leur formation. C'est un phénomène bien connu de l'industrie pétrolière qui a déjà provoqué le bouchage de plus d'une conduite. 3. La solution contenant de l'eau et des semi-clathrates peut devenir très visqueuse, voire atteindre un état où il n'est plus possible de la faire s'écouler. Pour éviter ce phénomène, une des solutions consiste à diminuer la quantité d'additif ajouté à l'eau pour former moins de semi-clathrates. Une autre solution consiste à raccourcir le temps de formation de ces cristaux pour que tout l'additif ne soit pas inclus dans un semi-clathrate. Cependant, pour ces deux parades, on diminue ainsi la quantité de semi-clathrates transportés par unité de volume d'eau et donc la quantité de frigories transportées, et il faut alors augmenter le débit du mélange. 4. La solution « eau plus additif » peut être polluée par des particules ou molécules chimiques présentes sur les parois du système de canalisations, de pompes et d'échangeurs que constitue le cycle fermé du fluide frigoporteur. A la longue, des particules ou molécules peuvent interagir avec la solution initiale et venir déplacer les points de fonctionnement, obligeant l'opérateur à rectifier la formulation. Dans le cadre de la demande de brevet US 4104883, le concept consiste à utiliser un matériau de stockage de chaleur sous forme de capsules. Toutefois, ce concept présente les inconvénients suivants : 1. Les microcapsules passent dans deux pompes : une pour les renvoyer vers le fond, et une pour les pomper avec l'eau de mer vers la surface, ce qui nécessite une puissance plus importante et ce qui augmente le risque d'endommager les capsules. 2. Il n'est pas possible d'avoir un autre fluide porteur que l'eau de mer. Par fluide porteur, on entend celui qui est mélangé aux microcapsules pour permettre de les pomper vers le haut. 3. Il y a en surface une boucle de circulation entre le fluide qui remonte du fond et le fluide moteur du procédé ETM.The yield (net cost) of an ETM plant is often calculated by a formula of the type: net return = Ptur PpNH3 PpSC PpSF Qch with Ptur the power recovered on the turbine, PpN in the power of the pump of the driving fluid, the ammonia, Ppsc the power of the pump of the hot source, PpsF the power of the pump of the cold source, and Qch the power of the evaporator.To obtain a temperature of sea water less than or equal to 5 ° C, it is necessary to set up a vertical pipe of more than 1000 m long As a very important flow must pass in this pipe (38 t / s in our example) and that the power consumed by the cold water pump (PpSF. directly affects the efficiency of the installation, this pipe must have very large diameters of the order of 10 m or more.The realization of this pipe is one of the current brakes to the development of the ETM.In order to lift the technical lock of achieving the conduct of am In cold water, several solutions have been proposed. One of the solutions consists in using the energies of formation / dissociation of certain chemical compounds or of mixture of chemical compounds in order to increase the capacity of transport of frigories by unit of volume, and thus to decrease the flow of cold water and, of done, the size of the riser. Several formation / dissociation reactions can be used to transport frigories. For example, ice or clathrates can be mentioned. Indeed, clathrates have a negative dissociation energy: when they are subjected to a warming, they dissociate, and they release frigories. For example, US Patent Applications 7900452 and US 4104883 describe such solutions. As part of the US patent application 7900452, the concept is to add a substance in the cold water tube for forming a suspension comprising ice or clathrates. However, this concept has several disadvantages including: 1. Most of the products used to form semi-clathrates are powerful biocides and therefore can not be dropped into the sea. Although the concept uses a closed cycle for the coolant , a pipeline break is to be envisaged and it is therefore necessary to provide means to prevent the mixture "more additive water" can spread in the ocean. 2. The semi-clathrates have, like gas clathrates, a high proportion to want to adhere to each other and to the walls of the container during their formation. This is a well-known phenomenon of the oil industry that has already caused the clogging of more than one pipe. 3. The solution containing water and semi-clathrates can become very viscous, or even reach a state where it is no longer possible to flow. To avoid this phenomenon, one of the solutions is to reduce the amount of additive added to the water to form less semi-clathrates. Another solution is to shorten the formation time of these crystals so that the entire additive is not included in a semi-clathrate. However, for these two parades, the amount of semi-clathrates transported per unit volume of water and thus the quantity of refrigerated substances transported is thus reduced, and the flow rate of the mixture must be increased. 4. The solution "more additive water" can be polluted by particles or chemical molecules present on the walls of the system of pipes, pumps and exchangers that constitutes the closed cycle of the refrigerant fluid. In the long run, particles or molecules can interact with the initial solution and move the operating points, forcing the operator to rectify the formulation. In the context of US patent application 4104883, the concept consists of using a heat storage material in the form of capsules. However, this concept has the following drawbacks: 1. The microcapsules go into two pumps: one to return them to the bottom, and one to pump them with seawater to the surface, which requires a higher power and this which increases the risk of damaging the capsules. 2. It is not possible to have another carrier fluid than seawater. By carrier fluid is meant that which is mixed with the microcapsules to allow pumping upwards. 3. There is a circulation loop on the surface between the fluid that rises from the bottom and the motor fluid of the ETM process.
Pour pallier ces problèmes, l'invention concerne un procédé et un système de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, qui comprend un circuit selon un cycle thermodynamique, qui convertit la chaleur en énergie mécanique, et dans lequel circule un fluide moteur. Dans ce circuit, le fluide moteur est refroidi par un fluide de transport qui comporte des capsules pour stocker le froid de la source froide. Le fluide de transport circule dans un deuxième circuit qui comprend des moyens de séparation et de mélange avec les capsules de manière à optimiser les échanges de chaleur. Le procédé et le système selon l'invention L'invention concerne un procédé de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique dans lequel on fait circuler un fluide moteur dans un circuit fermé selon un cycle thermodynamique de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique. Dans ce circuit, on échange la chaleur entre ledit fluide moteur et un fluide de transport circulant dans un deuxième circuit, dans lequel on réalise les étapes suivantes : a. on mélange ledit fluide de transport avec des capsules stockant une partie de la chaleur ; b. on refroidit ledit fluide de transport comprenant lesdites capsules par échange de chaleur avec une source froide ; c. on échange la chaleur entre ledit fluide moteur et ledit fluide de transport refroidi ; et d. on sépare au moins partiellement ledit fluide de transport et lesdites capsules. Selon un mode de réalisation de l'invention, le cycle thermodynamique de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique est un cycle de Rankine, dans lequel on réalise les étapes suivantes pour la circulation dudit fluide moteur dans le circuit fermé selon le cycle de Rankine : a. on augmente la pression dudit fluide moteur ; b. on chauffe ledit fluide moteur comprimé au moyen d'un échange de chaleur avec une source chaude ; c. on convertit une partie de l'énergie thermique dudit fluide moteur en énergie mécanique ; et d. on condense ledit fluide moteur par échange de chaleur avec ledit fluide de transport. Avantageusement, lesdites capsules comportent de l'eau et des additifs de formation de glace, de clathrates et/ou de semi-clathrates. De préférence, l'additif de formation des clathrates ou semi-clathrates est le tetra-nbutylammonium bromide. Selon une variante de réalisation de l'invention, ledit échange de chaleur entre ledit fluide moteur et ledit fluide de transport est réalisé au moyen d'un échangeur de chaleur.To overcome these problems, the invention relates to a method and a system for converting thermal energy into mechanical energy, which comprises a circuit according to a thermodynamic cycle, which converts heat into mechanical energy, and in which circulates a driving fluid. In this circuit, the driving fluid is cooled by a transport fluid which comprises capsules for storing cold from the cold source. The transport fluid circulates in a second circuit which comprises means of separation and mixing with the capsules so as to optimize the heat exchange. The method and the system according to the invention The invention relates to a method for converting thermal energy into mechanical energy in which a driving fluid is circulated in a closed circuit according to a thermodynamic cycle for converting thermal energy into energy. mechanical. In this circuit, the heat is exchanged between the said driving fluid and a transport fluid flowing in a second circuit, in which the following steps are performed: a. said transport fluid is mixed with capsules storing part of the heat; b. said transport fluid comprising said capsules is cooled by heat exchange with a cold source; vs. the heat is exchanged between said driving fluid and said cooled transport fluid; and D. at least partially separating said transport fluid and said capsules. According to one embodiment of the invention, the thermodynamic cycle for converting a thermal energy into mechanical energy is a Rankine cycle, in which the following steps are carried out for the circulation of said engine fluid in the closed circuit according to the cycle of Rankine: a. the pressure of said driving fluid is increased; b. said compressed driving fluid is heated by means of heat exchange with a hot source; vs. converting a portion of the thermal energy of said driving fluid into mechanical energy; and D. said driving fluid is condensed by heat exchange with said transport fluid. Advantageously, said capsules comprise water and ice-forming additives, clathrates and / or semi-clathrates. Preferably, the additive for the formation of clathrates or semi-clathrates is tetra-n-butylammonium bromide. According to an alternative embodiment of the invention, said heat exchange between said driving fluid and said transport fluid is carried out by means of a heat exchanger.
Alternativement, ledit échange de chaleur entre ledit fluide moteur et ledit fluide de transport est réalisé par mélange desdits deux fluides. Selon un aspect de l'invention, ledit deuxième circuit est fermé, ledit fluide de transport circulant dans une conduite du deuxième circuit entre les étapes de séparation et de mélange.Alternatively, said heat exchange between said driving fluid and said transport fluid is achieved by mixing said two fluids. According to one aspect of the invention, said second circuit is closed, said transport fluid flowing in a pipe of the second circuit between the separation and mixing steps.
Alternativement, ledit deuxième circuit est ouvert, ledit fluide de transport étant prélevé avant l'étape de mélange et étant rejeté après l'étape de séparation. Selon une caractéristique de l'invention, on fait circuler lesdites capsules dans le deuxième circuit entre les étapes de séparation et de mélange par gravité et/ou au moyen d'une pompe.Alternatively, said second circuit is open, said transport fluid being removed before the mixing step and being rejected after the separation step. According to one characteristic of the invention, said capsules are circulated in the second circuit between the gravity separation and mixing steps and / or by means of a pump.
En outre, l'invention concerne un système de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique comprenant un circuit fermé d'un cycle thermodynamique de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique, dans lequel circule un fluide moteur, ledit circuit fermé comprenant des moyens d'échange de chaleur entre ledit fluide moteur et un fluide de transport. Ledit fluide de transport circule dans un deuxième circuit qui comprend successivement : a. des moyens de mélange dudit fluide de transport avec des capsules stockant une partie de la chaleur, b. un premier échangeur de chaleur entre ledit fluide de transport comportant les capsules et une source froide, c. des moyens d'échange de chaleur entre ledit fluide de transport et ledit fluide moteur, et d. des moyens de séparation dudit fluide de transport et d'au moins une partie desdites capsules. Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit circuit thermodynamique de conversion d'une énergie thermique en énergie mécanique est un cycle de Rankine comportant successivement : a. des moyens d'augmentation de la pression dudit fluide moteur, b. un deuxième échangeur de chaleur entre ledit fluide moteur et une source chaude, c. une turbine pour convertir une partie de l'énergie thermique dudit fluide moteur en énergie mécanique, et d. lesdits moyens d'échange de chaleur entre ledit fluide de transport et ledit fluide moteur. Avantageusement, lesdites sources chaude et froide sont constituées d'eau de mer prélevée à des profondeurs différentes. Selon un aspect de l'invention, lesdites capsules comportent de l'eau et des additifs de formation de glace, de clathrates et/ou de semi-clathrates. De préférence, l'additif de formation des clathrates ou semi-clathrates est le tetra-nbutylammonium bromide (TBAB.. Selon une variante de réalisation de l'invention, lesdits moyens d'échange de chaleur entre ledit fluide de transport et ledit fluide moteur comportent un échangeur de chaleur.In addition, the invention relates to a system for converting thermal energy into mechanical energy comprising a closed circuit of a thermodynamic cycle for converting thermal energy into mechanical energy, in which a driving fluid circulates, said closed circuit comprising heat exchange means between said driving fluid and a transport fluid. Said transport fluid circulates in a second circuit which comprises successively: a. means for mixing said transport fluid with capsules storing part of the heat, b. a first heat exchanger between said transport fluid comprising the capsules and a cold source, c. heat exchange means between said transport fluid and said driving fluid, and d. means for separating said transport fluid and at least a portion of said capsules. According to one embodiment of the invention, said thermodynamic circuit for converting thermal energy into mechanical energy is a Rankine cycle comprising successively: a. means for increasing the pressure of said driving fluid, b. a second heat exchanger between said driving fluid and a hot source, c. a turbine for converting a portion of the thermal energy of said driving fluid into mechanical energy, and d. said means for exchanging heat between said transport fluid and said driving fluid. Advantageously, said hot and cold sources consist of seawater taken at different depths. According to one aspect of the invention, said capsules comprise water and ice-forming additives, clathrates and / or semi-clathrates. Preferably, the clathrate or semi-clathrate formation additive is tetra-n-butylammonium bromide (TBAB). According to an alternative embodiment of the invention, said means for exchanging heat between said transport fluid and said working fluid. have a heat exchanger.
Alternativement, lesdits moyens d'échange de chaleur entre ledit fluide de transport et ledit fluide moteur comportent une zone d'échanges thermiques, dans laquelle sont mélangés lesdits deux fluides. Selon une caractéristique de l'invention, ledit deuxième circuit est fermé, ledit fluide de transport circulant entre lesdits moyens de séparation et lesdits moyens de mélange.Alternatively, said means for exchanging heat between said transport fluid and said driving fluid comprise a heat exchange zone, in which said two fluids are mixed. According to one characteristic of the invention, said second circuit is closed, said transport fluid flowing between said separation means and said mixing means.
Alternativement, ledit deuxième circuit est ouvert, ledit deuxième circuit comprenant des moyens de rejet dudit fluide de transport en aval desdits moyens de séparation et des moyens de prélèvement dudit fluide de transport en amont desdits moyens de mélange.Alternatively, said second circuit is open, said second circuit comprising means for rejecting said transport fluid downstream of said separation means and means for sampling said transport fluid upstream of said mixing means.
De manière avantageuse, ledit deuxième circuit comporte une conduite de circulation des capsules entre lesdits moyens de séparation et lesdits moyens de mélange, notamment par gravité et/ou au moyen d'une pompe. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de séparation comprennent une grille de calibrage. De préférence, ledit deuxième circuit comporte une pompe de circulation, disposée entre ledit premier échangeur et lesdits moyens d'échange entre le fluide de transport et le fluide moteur et/ou entre lesdits moyens de séparation et lesdits moyens de mélange.Advantageously, said second circuit comprises a capsule circulation line between said separation means and said mixing means, in particular by gravity and / or by means of a pump. According to one embodiment of the invention, said separation means comprise a calibration grid. Preferably, said second circuit comprises a circulation pump disposed between said first exchanger and said exchange means between the transport fluid and the driving fluid and / or between said separation means and said mixing means.
Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après. La figure 1, déjà décrite, illustre un circuit selon le cycle de Rankine.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Other characteristics and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below. Figure 1, already described, illustrates a circuit according to the Rankine cycle.
Les figures 2 à 6 illustrent différents modes de réalisation du deuxième circuit selon l'invention, dans lequel circule le fluide de transport, qui refroidit le fluide moteur. Description détaillée de l'invention L'invention concerne un procédé et un système de conversion d'énergie thermique provenant de sources de chaleur en énergie mécanique, notamment une source chaude et une source froide. Les sources de chaleur peuvent être par exemple constituées d'eau de mer prélevée à des profondeurs différentes : la source chaude (par exemple à 28 °C. peut être prélevée à la surface de la mer, alors que la source froide (par exemple à 5 °C. peut être prélevée à des profondeurs proches ou supérieures à 1000 m.Figures 2 to 6 illustrate different embodiments of the second circuit according to the invention, wherein circulates the transport fluid, which cools the driving fluid. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention relates to a method and a system for converting thermal energy from heat sources into mechanical energy, in particular a hot source and a cold source. The heat sources may for example consist of seawater taken from different depths: the hot source (for example at 28 ° C. can be taken from the surface of the sea, while the cold source (for example 5 ° C. may be taken at depths close to or greater than 1000 m.
Le procédé et le système sont basés sur l'utilisation d'un cycle thermodynamique mettant en oeuvre un fluide moteur, appelé également fluide de travail. Par exemple, le fluide de travail peut être de l'ammoniac (NH3. ; en effet l'ammoniac peut être vaporisé lors de son passage dans des moyens d'échange de chaleur avec une source chaude, notamment constituée d'eau de mer car, dans un domaine de pression raisonnable, la température de l'eau de mer en surface est assez élevée pour permettre la vaporisation de l'ammoniac. De même, la température de la source froide permet sa condensation. Alternativement, le fluide de travail peut être constitué par tout fluide organique répondant aux critères de température/pression dépendant des températures des sources de chaleur. Selon l'invention, le cycle thermodynamique permet la conversion d'énergie thermique provenant d'une source chaude et d'une source froide, en énergie mécanique. Selon un exemple de réalisation le cycle thermodynamique est le cycle de Rankine, notamment celui illustré à la figure 1. Toutefois, d'autres variantes de réalisation du cycle de Rankine peuvent être utilisées avec le procédé et le système selon l'invention : le cycle de Rankine peut comporter en outre des sources de chaleurs supplémentaires, et/ou une pluralité de turbines, et/ou une pluralité d'échangeurs de chaleur. Alternativement, le cycle thermodynamique peut être tout autre cycle permettant cette conversion énergétique : par exemple un cycle Uehara, qui est compatible avec un fluide moteur comprenant de l'ammoniac et de l'eau, le cycle décrit dans la demande de brevet WO 2014/068214... Selon l'invention, l'échange de chaleur avec la source froide est réalisé par l'intermédiaire d'un deuxième circuit. Dans ce deuxième circuit, circule un fluide de transport entre la source froide et l'échange de chaleur avec le fluide moteur. Le fluide de transport est également appelé fluide porteur. Le fluide de transport et le fluide de transport peuvent être différents ou identiques. Le fluide de transport est avantageusement constitué d'eau, notamment d'eau de mer. Toutefois, il peut être constitué par tout fluide organique répondant aux critères de température/pression dépendant des températures des sources de chaleur. Afin d'augmenter la capacité de transport de frigories par unité de volume et donc de diminuer le débit d'eau froide et donc la taille de la colonne montante, on mélange au fluide de transport des capsules stockant une partie de la chaleur, c'est-à-dire une partie des frigories. Il s'agit de capsules, ou microcapsules, comprenant un produit actif (un composé chimique ou un mélange de composés chimiques., dont on utilise l'énergie de formation et de dissociation pour stocker et libérer la chaleur. Les capsules sont véhiculées par le fluide de transport. Les capsules sont formées d'une couche enrobante étanche qui contient des produits actifs, aptes à stocker une partie des frigories de la source froide. La couche enrobante est réalisée de préférence à partir de produits chimiques non métalliques.The method and the system are based on the use of a thermodynamic cycle using a working fluid, also called working fluid. For example, the working fluid may be ammonia (NH 3, in fact the ammonia may be vaporized during its passage in heat exchange means with a hot source, in particular consisting of seawater because in a reasonable pressure range, the temperature of the seawater at the surface is high enough to allow the vaporization of the ammonia, and the temperature of the cold source allows its condensation. be constituted by any organic fluid meeting the criteria of temperature / pressure depending on the temperatures of the heat sources According to the invention, the thermodynamic cycle allows the conversion of thermal energy from a hot source and a cold source, into According to one exemplary embodiment, the thermodynamic cycle is the Rankine cycle, in particular that illustrated in Figure 1. However, other embodiments of the Rankine cycle can The Rankine cycle may further include additional heat sources, and / or a plurality of turbines, and / or a plurality of heat exchangers. Alternatively, the thermodynamic cycle may be any other cycle allowing this energy conversion: for example a Uehara cycle, which is compatible with a motor fluid comprising ammonia and water, the cycle described in the patent application WO 2014 / According to the invention, the exchange of heat with the cold source is carried out via a second circuit. In this second circuit, a transport fluid circulates between the cold source and the heat exchange with the driving fluid. The transport fluid is also called carrier fluid. The transport fluid and the transport fluid may be different or identical. The transport fluid is advantageously constituted by water, in particular seawater. However, it may consist of any organic fluid meeting the criteria of temperature / pressure depending on the temperatures of the heat sources. In order to increase the capacity of transport of frigories per unit of volume and thus to reduce the flow of cold water and thus the size of the riser, capsules containing part of the heat are mixed with the transport fluid. that is, some of the frigories. These are capsules, or microcapsules, comprising an active product (a chemical compound or a mixture of chemical compounds, the formation and dissociation energy of which is used to store and release heat. The capsules are formed of a sealed coating layer which contains active products, able to store part of the cold energy from the cold source The coating layer is preferably made from non-metallic chemicals.
Toutefois, l'industrie sait aussi réaliser des capsules métalliques étanches remplies d'un principe actif. La taille des capsules est comprise entre quelques microns et quelques millimètres. Selon un mode de réalisation de l'invention, les capsules comportent de l'eau et des additifs de formation de glace, de clathrates ou de semi-clathrates. Les clathrates sont des composés solides entre une molécule et des molécules d'eau. En effet, les clathrates ont une énergie de dissociation négative : quand, ils sont soumis à un réchauffement, ils se dissocient et ils libèrent des frigories. De manière générale, le terme clathrate désigne les hydrates de gaz, et le terme semi-clathrate est utilisé quand il n'y a pas de gaz en jeu. Selon un exemple de réalisation de l'invention, l'additif pour réaliser des semi-clathrates est le tetra-n-butylammonium bromide (TBAB.. Les semi-clathrates formés par le TBAB sont intéressants car leur température de formation est au-dessus de la température de l'eau de mer froide.However, the industry also knows how to make sealed metal capsules filled with an active ingredient. The size of the capsules is between a few microns and a few millimeters. According to one embodiment of the invention, the capsules comprise water and ice-forming additives, clathrates or semi-clathrates. Clathrates are solid compounds between a molecule and water molecules. In fact, clathrates have a negative dissociation energy: when they are subjected to a warming, they dissociate and they release frigories. In general, the term clathrate refers to gas hydrates, and the term semi-clathrate is used when there is no gas involved. According to an embodiment of the invention, the additive for producing semi-clathrates -clathrates is tetra-n-butylammonium bromide (TBAB .. The semi-clathrates formed by TBAB are interesting because their formation temperature is above the temperature of cold seawater.
Selon l'invention, le deuxième circuit, c'est-à-dire le circuit du fluide de transport comportant les capsules, comporte successivement : des moyens de mélange du fluide de transport avec les capsules, un échangeur de chaleur entre le fluide de transport comprenant les capsules et une source froide. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple ils forment de la glace, des clathrates ou des semi-clathrates. des moyens d'échange de chaleur entre le fluide de transport et le fluide moteur (du cycle thermodynamique de conversion énergétique.. Ces moyens d'échange de chaleur permettent de transférer les frigories de la source froide jusqu'au fluide moteur grâce au fluide de transport et aux produits actifs contenus dans les capsules, et des moyens de séparation du fluide de transport et des capsules, permettant de séparer les capsules d'au moins une partie du fluide de transport, afin de traiter séparément le fluide de transport et les capsules. Selon un exemple de réalisation, les moyens de séparation comprennent une grille de calibrage, qui laisse passer une partie ou tout le fluide de transport. Le deuxième circuit peut comprendre également les caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison : une pompe de circulation, qui peut être située en amont de l'échange de chaleur entre le fluide moteur et le fluide de transport ou en aval des moyens de séparation. Cette pompe de circulation permet la circulation du fluide de transport et des capsules dans le deuxième circuit, des moyens de prélèvement et de rejet du fluide de transport, notamment l'eau de mer, les moyens d'échange de chaleur entre le fluide moteur et le fluide de transport comportent un échangeur de chaleur, les moyens d'échange de chaleur entre le fluide moteur et le fluide de transport comportent une zone d'échanges thermiques, dans lequel les deux fluides sont mélangés, puis séparés après les moyens de séparation des capsules, et une portion du deuxième circuit qui comporte une conduite, dans laquelle circule uniquement les capsules entre les moyens de séparation et les moyens de mélange. Dans cette conduite du deuxième circuit, les capsules peuvent circuler par gravité et/ou au moyen d'une pompe de circulation des capsules. De préférence, la pompe de circulation des capsules est du type volumétrique pour éviter d'endommager les capsules.According to the invention, the second circuit, that is to say the circuit of the transport fluid comprising the capsules, comprises successively: means for mixing the transport fluid with the capsules, a heat exchanger between the transport fluid comprising the capsules and a cold source. When passing through this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change state: for example they form ice, clathrates or semi-clathrates. means for heat exchange between the transport fluid and the driving fluid (of the thermodynamic cycle of energy conversion). These heat exchange means make it possible to transfer the frigories from the cold source to the working fluid thanks to the fluid of transport and the active products contained in the capsules, and separation means of the transport fluid and capsules, for separating the capsules from at least a portion of the transport fluid, to separately treat the transport fluid and the capsules According to an exemplary embodiment, the separation means comprise a calibration grid, which passes a portion or all the transport fluid, The second circuit may also comprise the following characteristics, alone or in combination: a circulation pump, which may be located upstream of the heat exchange between the driving fluid and the transport fluid or downstream of the separation means. circulating pump allows the circulation of the transport fluid and capsules in the second circuit, means for sampling and discharging the transport fluid, in particular seawater, the heat exchange means between the driving fluid and the transport fluid comprise a heat exchanger, the heat exchange means between the driving fluid and the transport fluid comprise a heat exchange zone, in which the two fluids are mixed, and then separated after the separation means of the capsules , and a portion of the second circuit which comprises a pipe, in which circulates only the capsules between the separation means and the mixing means. In this pipe of the second circuit, the capsules can circulate by gravity and / or by means of a pump for circulation of the capsules. Preferably, the capsule circulation pump is of the volumetric type to prevent damage to the capsules.
Les figures 2 à 6 représentent différents modes de réalisation selon l'invention du deuxième circuit, dans lequel circulent le fluide de transport et les capsules. Sur ces figures, le cycle thermodynamique permettant la conversion de l'énergie n'est pas représenté. Sur ces figures, les éléments identiques sont indiqués par les mêmes signes de référence.Figures 2 to 6 show different embodiments of the invention of the second circuit, wherein circulate the transport fluid and the capsules. In these figures, the thermodynamic cycle for the conversion of energy is not shown. In these figures, the identical elements are indicated by the same reference signs.
La figure 2 représente un premier mode de réalisation du deuxième circuit selon l'invention. Dans ce deuxième circuit, le fluide de transport Ftra est mélangé avec les capsules cap dans des moyens de mélange 7. Le mélange Ftra + cap circule ensuite dans un premier échangeur de chaleur 8 avec la source froide SF, qui est généralement l'eau de mer prélevée au fond de la mer. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple, ils forment de la glace, des clathrates, ou des semi-clathrates. Le mélange passe ensuite à travers une pompe de circulation 9, qui autorise la circulation du fluide et des capsules dans le circuit. En aval de la pompe de circulation 9, le mélange fluide de transport et capsules passe dans un échangeur de chaleur 4, où le mélange refroidit le fluide moteur Fmot. Cet échange de chaleur est permis notamment par la dissociation des produits actifs dans les capsules cap, par exemple la dissociation de la glace, des clathrates ou des semiclathrates. En sortie de l'échangeur de chaleur 4, le mélange est séparé dans les moyens de séparation 6, de manière à séparer au moins une partie, de préférence la totalité, du fluide de transport Ftra des capsules cap. Le fluide de transport Ftra est alors guidé dans une première conduite du circuit directement vers les moyens de mélange 7, alors que les capsules cap sont guidées dans une deuxième conduite distincte et parallèle à la première conduite vers les moyens de mélange 7. Les capsules sont notamment entraînées par gravité vers les moyens de mélange 7.FIG. 2 represents a first embodiment of the second circuit according to the invention. In this second circuit, the transport fluid Ftra is mixed with the cap capsules in mixing means 7. The mixture Ftra + cap then circulates in a first heat exchanger 8 with the cold source SF, which is generally the water of sea when taken from the bottom of the sea. During the passage in this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change state: for example, they form ice, clathrates, or semi -clathrates. The mixture then passes through a circulation pump 9, which allows the circulation of fluid and capsules in the circuit. Downstream of the circulation pump 9, the transport fluid mixture and capsules passes into a heat exchanger 4, where the mixture cools the motor fluid Fmot. This heat exchange is allowed in particular by the dissociation of the active products in cap capsules, for example the dissociation of ice, clathrates or semiclathrates. At the outlet of the heat exchanger 4, the mixture is separated in the separation means 6, so as to separate at least a portion, preferably all, of the transport fluid Ftra capsules cap. The transport fluid Ftra is then guided in a first conduit of the circuit directly to the mixing means 7, while the cap capsules are guided in a second separate pipe and parallel to the first pipe to the mixing means 7. The capsules are in particular driven by gravity to the mixing means 7.
La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation du deuxième circuit selon l'invention. Ce mode de réalisation se différencie du premier mode de réalisation par le placement de la pompe de circulation dans la première conduite ne contenant que le fluide porteur. Ainsi, les capsules ne passent pas dans la pompe de circulation et ne sont pas endommagées. Dans ce deuxième circuit, le fluide de transport Ftra est mélangé avec les capsules cap dans les moyens de mélange 7. Le mélange Ftra + cap circule ensuite dans un premier échangeur de chaleur 8 avec la source froide SF, qui est généralement l'eau de mer prélevée au fond de la mer. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple, ils forment de la glace, des clathrates, ou des semi-clathrates. En aval du premier échangeur de chaleur, le mélange fluide de transport et capsules passe dans un échangeur de chaleur 4, où le mélange refroidit le fluide moteur Fmot. Cet échange de chaleur est permis notamment par la dissociation des produits actifs dans les capsules cap, par exemple la dissociation de la glace, des clathrates ou des semi-clathrates. En sortie de l'échangeur de chaleur 4, le mélange est séparé dans les moyens de séparation 6, de manière à séparer au moins une partie, et de préférence la totalité, des capsules cap du fluide de transport Ftra. Le fluide de transport Ftra est alors guidé dans une première conduite du circuit vers une pompe de circulation 9 puis vers les moyens de mélange 7, alors que les capsules cap sont guidées dans une deuxième conduite distincte et parallèle à la première conduite vers les moyens de mélange 7. Les capsules sont notamment entraînées par gravité vers les moyens de mélange 7.FIG. 3 represents a second embodiment of the second circuit according to the invention. This embodiment differs from the first embodiment by placing the circulation pump in the first pipe containing only the carrier fluid. Thus, the capsules do not pass through the circulation pump and are not damaged. In this second circuit, the transport fluid Ftra is mixed with the capsules cap in the mixing means 7. The mixture Ftra + cap then circulates in a first heat exchanger 8 with the cold source SF, which is generally the water of sea when taken from the bottom of the sea. During the passage in this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change state: for example, they form ice, clathrates, or semi -clathrates. Downstream of the first heat exchanger, the fluid transport mixture and capsules passes into a heat exchanger 4, where the mixture cools the engine fluid Fmot. This heat exchange is allowed in particular by the dissociation of the active products in cap capsules, for example the dissociation of ice, clathrates or semi-clathrates. At the outlet of the heat exchanger 4, the mixture is separated in the separation means 6, so as to separate at least a portion, and preferably all, of the capsule cap of the transport fluid Ftra. The transport fluid Ftra is then guided in a first pipe of the circuit to a circulation pump 9 and then to the mixing means 7, while the cap capsules are guided in a second separate pipe and parallel to the first pipe to the means of transport. mixing 7. The capsules are in particular driven by gravity towards the mixing means 7.
La figure 4 représente un troisième mode de réalisation du deuxième circuit selon l'invention. Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que le circuit ne comprend pas de première conduite dans laquelle circule le fluide de transport, mais comprend des moyens pour prélever et pour rejeter le fluide de transport dans le milieu marin. Dans ce deuxième circuit, le fluide de transport Ftra est prélevé dans la mer par des moyens de prélèvement 12. Le fluide de transport Ftra prélevé est mélangé avec les capsules cap dans les moyens de mélange 7. Le mélange Ftra + cap circule ensuite dans un premier échangeur de chaleur avec la source froide SF, qui est généralement l'eau de mer prélevée au fond de la mer. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple, ils forment de la glace, des clathrates, ou des semi-clathrates. Le mélange passe ensuite à travers une pompe de circulation 9, qui autorise la circulation du fluide et des capsules dans le circuit. En aval de la pompe, le mélange fluide de transport et capsules passe dans un échangeur de chaleur 4, où le mélange refroidit le fluide moteur Fmot. Cet échange de chaleur est permis notamment par la dissociation des produits actifs dans les capsules cap, par exemple la dissociation de la glace, des clathrates ou des semi-clathrates. En sortie de l'échangeur de chaleur 4, le mélange est séparé dans les moyens de séparation 6, de manière à séparer la totalité des capsules cap du fluide de transport Ftra. Le fluide de transport Ftra est rejeté dans le milieu marin par les moyens de rejet 11, alors que les capsules cap sont guidées dans une deuxième conduite vers les moyens de mélange 7. Les capsules sont notamment entraînées par gravité vers les moyens de mélange 7. Selon une variante de réalisation (non représentée. de ce troisième mode de réalisation, le premier échangeur de chaleur avec la source froide SF peut être supprimé, le prélèvement d'eau de mer froide pouvant suffire à apporter suffisamment de frigories pour modifier la forme des produits actifs contenus dans les capsules. Selon une variante non représentée la pompe de circulation 9 peut être placée à l'aspiration de l'eau de mer au fond.FIG. 4 represents a third embodiment of the second circuit according to the invention. This embodiment differs from the first embodiment in that the circuit does not include a first conduit in which the transport fluid circulates, but comprises means for taking and discharging the transport fluid in the marine environment. In this second circuit, the transport fluid Ftra is taken from the sea by sampling means 12. The transport fluid Ftra taken is mixed with the capsules cap in the mixing means 7. The mixture Ftra + cap then circulates in a first heat exchanger with the cold source SF, which is usually the seawater taken from the bottom of the sea. When passing through this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change from state: for example, they form ice, clathrates, or semi-clathrates. The mixture then passes through a circulation pump 9, which allows the circulation of fluid and capsules in the circuit. Downstream of the pump, the transport fluid mixture and capsules passes into a heat exchanger 4, where the mixture cools the motor fluid Fmot. This heat exchange is allowed in particular by the dissociation of the active products in cap capsules, for example the dissociation of ice, clathrates or semi-clathrates. At the outlet of the heat exchanger 4, the mixture is separated in the separation means 6, so as to separate all the capsules cap of the transport fluid Ftra. The transport fluid Ftra is rejected into the marine environment by the rejection means 11, while the cap capsules are guided in a second conduit to the mixing means 7. The capsules are in particular driven by gravity to the mixing means 7. According to an alternative embodiment (not shown) of this third embodiment, the first heat exchanger with the cold source SF can be suppressed, the cold seawater sampling being sufficient to provide enough frigories to modify the shape of the Active products contained in the capsules According to a variant not shown, the circulation pump 9 can be placed at the suction of the seawater at the bottom.
La figure 5 représente un quatrième mode de réalisation du deuxième circuit selon l'invention. Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que la deuxième conduite, dans laquelle circulent majoritairement les capsules, peut comprendre une pompe de circulation des capsules. Ainsi, il est possible de faciliter la descente des capsules dans la conduite et de contrôler leur débit. De préférence, la pompe de circulation des capsules est de type volumétrique pour éviter d'endommager les capsules. Dans ce deuxième circuit, le fluide de transport Ftra est mélangé avec les capsules cap dans les moyens de mélange 7. Le mélange Ftra + cap circule ensuite dans un premier échangeur de chaleur avec la source froide SF, qui est généralement l'eau de mer prélevée au fond de la mer. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple, ils forment de la glace, des clathrates, ou des semi-clathrates. Le mélange passe ensuite à travers une pompe de circulation 9, qui autorise la circulation du fluide et des capsules dans le circuit. En aval de la pompe, le mélange fluide de transport et capsules passe dans un échangeur de chaleur 4, où le mélange refroidit le fluide moteur Fmot. Cet échange de chaleur est permis notamment par la dissociation des produits actifs dans les capsules cap, par exemple la dissociation de la glace, des clathrates ou des semi-clathrates. En sortie de l'échangeur de chaleur 4, le mélange est séparé dans les moyens de séparation 6, de manière à séparer au moins une partie, de préférence la totalité, des capsules cap du fluide de transport Ftra. Le fluide de transport Ftra est alors guidé dans une première conduite du circuit directement vers les moyens de mélange 7, alors que les capsules cap sont guidées dans une deuxième conduite distincte parallèle à la première conduite vers les moyens de mélange 7. Les capsules sont entraînées au moyen d'une pompe de circulation des capsules 13.FIG. 5 represents a fourth embodiment of the second circuit according to the invention. This embodiment differs from the first embodiment in that the second conduit, in which the capsules circulate predominantly, may comprise a pump for circulating the capsules. Thus, it is possible to facilitate the descent of the capsules in the pipe and to control their flow. Preferably, the circulation pump capsules is volumetric type to prevent damage to the capsules. In this second circuit, the transport fluid Ftra is mixed with the cap capsules in the mixing means 7. The Ftra + cap mixture then circulates in a first heat exchanger with the cold source SF, which is generally seawater taken from the bottom of the sea. During the passage in this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change their state: for example, they form ice, clathrates, or semis. clathrates. The mixture then passes through a circulation pump 9, which allows the circulation of fluid and capsules in the circuit. Downstream of the pump, the transport fluid mixture and capsules passes into a heat exchanger 4, where the mixture cools the motor fluid Fmot. This heat exchange is allowed in particular by the dissociation of the active products in cap capsules, for example the dissociation of ice, clathrates or semi-clathrates. At the outlet of the heat exchanger 4, the mixture is separated in the separation means 6, so as to separate at least a portion, preferably all, cap caps Ftra transport fluid. The transport fluid Ftra is then guided in a first pipe of the circuit directly to the mixing means 7, while the cap capsules are guided in a second separate pipe parallel to the first pipe to the mixing means 7. The capsules are driven by means of a capsule circulation pump 13.
La figure 6 représente un cinquième mode de réalisation du deuxième circuit selon l'invention. Ce mode de réalisation se différencie du premier mode de réalisation, en ce que l'échangeur de chaleur entre le fluide moteur et le fluide de transport est remplacé par une zone d'échanges thermiques, dans laquelle les deux fluides sont mélangés. Ce mode de réalisation est envisageable si le fluide de transport et le fluide moteur sont identiques. Dans ce deuxième circuit, le fluide de transport Ftra est mélangé avec les capsules cap dans les moyens de mélange 7. Le mélange Ftra + cap circule ensuite dans un premier échangeur de chaleur avec la source froide SF, qui est généralement l'eau de mer prélevée au fond de la mer. Lors du passage dans cet échangeur de chaleur, le mélange est refroidi, et les produits actifs contenus dans les capsules changent d'état : par exemple ils forment de la glace, des clathrates, ou des semi-clathrates. Le mélange passe ensuite à travers une pompe de circulation 9, qui autorise la circulation du fluide et des capsules dans le circuit. En aval de la pompe, le fluide moteur Fmot est mélangé avec le mélange fluide de transport Ftra et capsules cap dans une zone d'échanges thermiques 14. Dans cette zone d'échanges thermiques, l'échange de chaleur est permis notamment par la dissociation des produits actifs dans les capsules cap, par exemple la dissociation de la glace, des clathrates ou des semi-clathrates. En sortie de l'échangeur de la zone d'échanges thermiques, le mélange (fluide moteur, fluide de transport, capsules. est séparé dans les moyens de séparation 6, de manière à séparer au moins une partie, de préférence la totalité, des capsules cap du mélange du fluide de transport Ftra et du fluide moteur Fmot. Une partie de ce mélange est renvoyé vers le circuit selon le cycle thermodynamique de génération d'énergie mécanique en tant que fluide moteur, le reste étant alors guidé dans une première conduite du circuit directement vers les moyens de mélange 7 en tant que fluide de transport. Les capsules cap sont guidées dans une deuxième conduite distincte parallèle à la première conduite vers les moyens de mélange 7. Les capsules sont notamment entraînées par gravité vers les moyens de mélange 7.FIG. 6 represents a fifth embodiment of the second circuit according to the invention. This embodiment differs from the first embodiment, in that the heat exchanger between the working fluid and the transport fluid is replaced by a heat exchange zone, in which the two fluids are mixed. This embodiment is possible if the transport fluid and the driving fluid are identical. In this second circuit, the transport fluid Ftra is mixed with the cap capsules in the mixing means 7. The Ftra + cap mixture then circulates in a first heat exchanger with the cold source SF, which is generally seawater taken at the bottom of the sea. During the passage in this heat exchanger, the mixture is cooled, and the active products contained in the capsules change state: for example they form ice, clathrates, or semi-clathrates . The mixture then passes through a circulation pump 9, which allows the circulation of fluid and capsules in the circuit. Downstream of the pump, the driving fluid Fmot is mixed with the transport fluid mixture Ftra and cap capsules in a heat exchange zone 14. In this heat exchange zone, the heat exchange is allowed in particular by the dissociation active products in the capsules cap, for example the dissociation of ice, clathrates or semi-clathrates. At the outlet of the exchanger of the heat exchange zone, the mixture (driving fluid, transport fluid, capsules) is separated in the separation means 6, so as to separate at least a part, preferably all, of the capsule cap of the mixture of the transport fluid Ftra and the motor fluid Fmot.A part of this mixture is returned to the circuit according to the thermodynamic cycle for generating mechanical energy as a driving fluid, the rest being then guided in a first pipe of the circuit directly to the mixing means 7 as a transport fluid The cap capsules are guided in a second separate pipe parallel to the first pipe towards the mixing means 7. The capsules are in particular driven by gravity towards the mixing means. 7.
Selon une variante non représentée du cinquième mode de réalisation, les moyens de mélange du fluide de transport et des capsules peuvent être situés en surface, après les moyens de séparation du fluide de transport et du fluide moteur, de manière à n'avoir qu'une conduite de descente.According to a not shown variant of the fifth embodiment, the means for mixing the transport fluid and the capsules can be located at the surface, after the separation means of the transport fluid and the driving fluid, so as to have only a descent pipe.
Les spécificités des modes de réalisation décrits précédemment peuvent être combinées, de manière à combiner leurs avantages. Par exemple, dans le cinquième mode de réalisation (figure 6., la pompe de circulation 9 peut être disposée dans la première conduite, dans laquelle circule le fluide de transport, selon le deuxième mode de réalisation (figure 3..The specifics of the embodiments described above can be combined, so as to combine their advantages. For example, in the fifth embodiment (FIG. 6), the circulation pump 9 can be arranged in the first conduit, in which the transport fluid circulates, according to the second embodiment (FIG.
La présente invention apporte donc les améliorations et originalités suivantes : - le transfert des frigories au moyen de capsules contenant les produits actifs permet d'éviter les problèmes liés à la pollution, à la viscosité du fluide et au bouchage des conduites, - la séparation du fluide de transport et des microcapsules en sortie de l'échangeur avec le cycle ETM permet, de façon non exclusive de : o éviter que les microcapsules passent par la pompe de circulation, évitant ainsi leur endommagement, o pouvoir rejeter en surface ou proche de la surface le fluide porteur si celui-ci est de l'eau de mer et le pomper au fond pour réduire la taille de la colonne descendante, o réduire fortement la taille de l'échangeur de fond voire de le supprimer si le fluide porteur est pompé directement au fond de la mer, o contrôler le débit des microcapsules qui devient indépendant du débit du fluide porteur. dans le cas où le fluide porteur est identique au fluide de travail du procédé ETM, cette séparation permet aussi de supprimer l'échangeur de surface. Ainsi, il peut être envisagé de diminuer le diamètre de la conduite d'eau froide, tout en optimisant le rendement du cycle ETM. on mélange ledit fluide de transport (Ftra. avec des capsules (cap. partie de la chaleur ; b. on refroidit ledit fluide de transport (Ftra. comprenant lesdites capsule de chaleur avec une source froide (8F.; e. on échange la chaleur entre ledit fluide moteur (Fmot. et ledit fluid (Ftra. refroidi ; et d. on sépare au moins partiellement ledit fluide de transport (Ftra. et les (cap..The present invention thus provides the following improvements and original features: - the transfer of the frigories by means of capsules containing the active products makes it possible to avoid the problems related to the pollution, to the viscosity of the fluid and to the clogging of the pipes, - the separation of the transport fluid and microcapsules at the outlet of the exchanger with the ETM cycle makes it possible, in a non-exclusive way to: o prevent the microcapsules from passing through the circulation pump, thus avoiding their damage, o being able to reject on the surface or close to the surface the carrier fluid if it is sea water and pump it to the bottom to reduce the size of the downcomer, o greatly reduce the size of the bottom exchanger or to remove it if the carrier fluid is pumped directly at the bottom of the sea, o control the flow of the microcapsules which becomes independent of the flow of the carrier fluid. in the case where the carrier fluid is identical to the working fluid of the ETM process, this separation also makes it possible to eliminate the surface exchanger. Thus, it may be envisaged to reduce the diameter of the cold water pipe, while optimizing the efficiency of the ETM cycle. said transporting fluid (Ftra, with capsules (part of the heat) is cooled, said transporting fluid (Ftra comprising said heat capsule is cooled with a cold source (8F), and the heat is exchanged; between said driving fluid (Fmot) and said cooled fluid (Ftra) and at least partially separating said transport fluid (Ftra and the (cap.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112361859A (en) * | 2020-11-18 | 2021-02-12 | 四川华蓥山广能集团瓦斯发电有限责任公司 | Gas power generation residual heat pipe heat dissipation recovery device |
| US11187114B2 (en) | 2016-09-09 | 2021-11-30 | Eric Dupont | Mechanical system for generating mechanical energy from liquid nitrogen, and corresponding method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4104883A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Mass transport heat exchanger method and apparatus for use in ocean thermal energy exchange power plants |
| US4214449A (en) * | 1979-04-02 | 1980-07-29 | Sorensen Jens Ole | Thermal energy conversion system utilizing expandites |
| US4333312A (en) * | 1979-04-02 | 1982-06-08 | Trade Finance International | Thermodynamic energy conversion system and method, utilizing a thermodynamic working fluid of encased expandites |
| US20080314043A1 (en) * | 2007-06-19 | 2008-12-25 | Lockheed Martin Corporation | Clathrate ice thermal transport for ocean thermal energy conversion |
| US20120234006A1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Baird James R | Ocean thermal energy conversion counter-current heat transfer system |
-
2015
- 2015-02-02 FR FR1550787A patent/FR3032224B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4104883A (en) * | 1977-05-27 | 1978-08-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Mass transport heat exchanger method and apparatus for use in ocean thermal energy exchange power plants |
| US4214449A (en) * | 1979-04-02 | 1980-07-29 | Sorensen Jens Ole | Thermal energy conversion system utilizing expandites |
| US4333312A (en) * | 1979-04-02 | 1982-06-08 | Trade Finance International | Thermodynamic energy conversion system and method, utilizing a thermodynamic working fluid of encased expandites |
| US20080314043A1 (en) * | 2007-06-19 | 2008-12-25 | Lockheed Martin Corporation | Clathrate ice thermal transport for ocean thermal energy conversion |
| US20120234006A1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-09-20 | Baird James R | Ocean thermal energy conversion counter-current heat transfer system |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11187114B2 (en) | 2016-09-09 | 2021-11-30 | Eric Dupont | Mechanical system for generating mechanical energy from liquid nitrogen, and corresponding method |
| CN112361859A (en) * | 2020-11-18 | 2021-02-12 | 四川华蓥山广能集团瓦斯发电有限责任公司 | Gas power generation residual heat pipe heat dissipation recovery device |
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