WO2014111577A2 - Installation et procédé pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante - Google Patents

Installation et procédé pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante Download PDF

Info

Publication number
WO2014111577A2
WO2014111577A2 PCT/EP2014/051040 EP2014051040W WO2014111577A2 WO 2014111577 A2 WO2014111577 A2 WO 2014111577A2 EP 2014051040 W EP2014051040 W EP 2014051040W WO 2014111577 A2 WO2014111577 A2 WO 2014111577A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
air
heat exchanger
fluid
pipes
inlet
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/051040
Other languages
English (en)
Other versions
WO2014111577A3 (fr
Inventor
Chuen-yu John CHAN
Marc Raynal
Siyang Ray HU
Original Assignee
Chan Chuen-Yu John
Marc Raynal
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chan Chuen-Yu John, Marc Raynal filed Critical Chan Chuen-Yu John
Publication of WO2014111577A2 publication Critical patent/WO2014111577A2/fr
Publication of WO2014111577A3 publication Critical patent/WO2014111577A3/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20—Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25—Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/30—Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/34—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures
    • F03D9/35—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects
    • F03D9/37—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects with means for enhancing the air flow within the tower, e.g. by heating
    • F03D9/39—Wind motors specially adapted for installation in particular locations on stationary objects or on stationary man-made structures within towers, e.g. using chimney effects with means for enhancing the air flow within the tower, e.g. by heating by circulation or vortex formation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/02—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid
    • F03G6/04—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid gaseous
    • F03G6/045—Devices for producing mechanical power from solar energy using a single state working fluid gaseous by producing an updraft of heated gas or a downdraft of cooled gas, e.g. air driving an engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/0041—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for only one medium being tubes having parts touching each other or tubes assembled in panel form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/007—Auxiliary supports for elements
    • F28F9/013—Auxiliary supports for elements for tubes or tube-assemblies
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/131—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines by means of vertical structures, i.e. chimneys
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F2009/0285—Other particular headers or end plates
    • F28F2009/029—Other particular headers or end plates with increasing or decreasing cross-section, e.g. having conical shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F28F2009/222—Particular guide plates, baffles or deflectors, e.g. having particular orientation relative to an elongated casing or conduit
    • F28F2009/224—Longitudinal partitions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to an installation for producing mechanical or electrical energy from a fluid at a temperature greater than ambient temperature, of the type comprising successively:
  • At least one air-fluid heat exchanger for receiving at least a portion of the fluid and transferring heat from the received fluid to air entering the heat exchanger, thereby obtaining heated air and cooled fluid, the heat exchanger defining a longitudinal direction of circulation of the air in the heat exchanger,
  • At least one turbine for relaxing the heated air and obtaining expanded air and mechanical or electrical energy
  • At least one first intermediate duct for conveying the heated air from the heat exchanger to the turbine
  • a chimney preferably divergent, to receive the relaxed air and put it in the atmosphere.
  • the invention also relates to a corresponding method for producing mechanical or electrical energy, and to a power plant comprising the aforementioned installation.
  • the invention applies in particular to the conversion into electricity of heat lost by a power plant, for example a solar plant, thermal or nuclear.
  • the heat is generally lost as residual water at a temperature above room temperature, but low, typically between 45 ° and 100 ° C.
  • the heat of the residual water is most often discharged into the environment, for example in a river or in the sea by heat exchange.
  • the cooling of the residual water takes place in one or more cooling towers.
  • the heat thus lost by a plant typically represents 50 to 65% of the heat produced by the plant and limits its thermal efficiency.
  • some of the heat dissipated is used in direct heating, in cogeneration, but it is not transformed into mechanical or electrical energy. Most often, the cooling of the residual water remains an operation that consumes energy.
  • Patent FR-B-2 903 740 belonging to the present applicant describes a divergent, telescopic, self-sustaining carbon fiber chimney producing electricity by displacing air into the chimney due to (i) a difference in pressure between the ground and the altitude, (ii) the cooling of the air in the chimney having the effect of increasing its speed by conservation of the energy.
  • the document DE-A-198 21 659 also describes a greenhouse of 4 km x 4 km on the ground heating air.
  • the air is heated at night by coils in which water flows from a neighboring solar power station.
  • the air is evacuated by a chimney 1000 m high. Calculations show that, in such an installation, the air circulates at low speed, less than 10 m / s in the greenhouse and between 10 and 20 m / s in the chimney, the thermal power dissipated from the remaining solar power station. low, despite a very large footprint of the greenhouse and a high chimney height.
  • An object of the invention is therefore to propose an installation making it possible to value the heat present in a fluid, for example a residual water coming from a Power generation plant, to produce mechanical or electrical energy, and with a moderate footprint and height.
  • the subject of the invention is an installation for producing mechanical or electrical energy from a fluid at a temperature above room temperature of the type described above, the installation comprising at least one duct of substantially convergent inlet for withdrawing outside air and delivering to the heat exchanger at least a fraction of the incoming air, and a second intermediate duct for conveying the expanded air from the turbine to the chimney.
  • the installation comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the first intermediate duct is substantially convergent and is adapted to accelerate the air conveyed to the turbine at a speed at the outlet of the first intermediate duct of between 150 m / s and 250 m / s, preferably equal to approximately 210 m / s;
  • the intake duct is adapted to accelerate the air at a speed at the outlet of the intake duct between 50 m / s and 100 m / s, preferably equal to about 64 m / s;
  • the inlet duct defines at the entrance a surface for the passage of outside air and at the outlet a surface for passage of air towards the heat exchanger, the ratio obtained by dividing the area of the passage surface into entering through the area of the exit passage area being between 2 and 3, preferably between 2.3 and 2.7;
  • the intake duct comprises: a lateral envelope comprising a substantially plane upper wall and a lower wall parallel to one another, and two lateral walls each extending between the upper wall and the lower wall, and a plurality of flow guides; distributed transversely between the two side walls and defining for the outside air a plurality of substantially convergent passages, each of the flux guides and each of the two side walls having a downstream portion oriented substantially in the longitudinal direction;
  • each of the flux guides and preferably also each of the side walls, has a substantially parabolic profile
  • the heat exchanger comprises pipes substantially parallel to the longitudinal direction in order to circulate the fluid in a heat exchange zone of the heat exchanger;
  • the heat exchanger comprises an inlet of air situated longitudinally on the inlet duct side, an air outlet situated longitudinally on the side opposite to the air inlet, each of the ducts being fluidly connected to another of the ducts; pipes for forming a plurality of "U” pipes, each "U” pipe having an inlet for accepting a fraction of the fluid and an outlet for discharging a fraction of the cooled fluid, all the "U” pipes being oriented so as to that the inlets and outlets of the "U” pipes point longitudinally towards one of the air inlet and the air outlet of the heat exchanger, preferably towards the air intake of the heat exchanger;
  • the pipes are arranged at the nodes of a rectangular mesh network, the heat exchanger comprising metal spacers connecting the pipes to each other along the sides of the mesh of the network, each of the spacers having two longitudinal edges fixed on the pipes. spacers and pipes defining longitudinal airflow corridors in the heat exchanger;
  • the heat exchanger comprises a fluid distribution assembly and a cooled fluid collection assembly, the distribution assembly including at least one inlet manifold and distribution pipes connected at regular intervals to the inlet manifold. a flow direction of the fluid in the inlet manifold, the manifold assembly having at least one outlet manifold and manifold pipes connected at regular intervals to the outlet manifold in a flow direction of the cooled fluid in the outlet manifold the inlet manifold having a fluid passage cross-section tapering to an end of the inlet manifold in the fluid flow direction, the passage section having an area increasing in proportion to the distance between the flow section and the passage and the end of the inlet manifold, the outlet manifold having a passage section increasing in the flow direction of the cooled fluid in the outlet manifold from an end of the outlet manifold, the outlet manifold passage section having an area increasing in proportion to the distance between the outlet manifold passage section and the end of the output manifold;
  • the heat exchanger has metal fins fixed to the pipes, the fins extending longitudinally and projecting radially from the pipes.
  • the outer shells of one or more of the following elements can be dismantled to allow maintenance: the air intake duct, the air-fluid heat exchanger, the first intermediate duct, the turbine, the second duct; intermediate and the chimney.
  • the invention also relates to a method for producing mechanical or electrical energy from a fluid at a temperature above room temperature, the method comprising at least the following steps: heat transfer in at least one air-fluid heat exchanger of at least a portion of the fluid to air entering the heat exchanger to obtain heated air and cooled fluid, the heat exchanger heat defining a longitudinal direction of air circulation in the heat exchanger,
  • the method implements an installation as described above, including in the particular embodiments of the installation described above.
  • the invention relates to a power generation plant producing a fluid at a temperature above ambient temperature, for example a solar, thermal or nuclear power plant, the power plant:
  • the installation comprising an installation as described above, the installation producing mechanical or electrical energy from the fluid produced by the power plant, or
  • Figure 1 is a top view of an installation according to the invention comprising six energy production lines similar to each other;
  • Figure 2 is a side view of one of the power generation lines of the installation shown in Figure 1;
  • Figure 3 is a top view of the power generation line shown in Figure 2;
  • Figure 4 is a side view of the power generation line shown in Figures 2 and 3, without part of the chimney;
  • Figure 5 is a top view of the air intake duct and an upstream portion of the heat exchanger of the power generation line shown in Figures 2 to 4;
  • FIG. 6 is a sectional view along a vertical longitudinal plane of a portion of the heat exchanger of the production line shown in Figures 2 to 4;
  • Figure 7 is a sectional view along a transverse plane of a portion of the heat exchanger of the production line shown in Figures 2 to 4;
  • FIG. 8 is a top view of the fluid collector of the heat exchanger of the production line shown in Figures 2 to 4.
  • the installation 1 comprises six production lines 3A to 3F and a common stack 5 to the six production lines 3A to 3F. According to variants not shown, the installation 1 comprises a number of production lines of any kind, ranging for example from one to twelve.
  • the installation 1 comprises ducts 7 supplying each of the production lines 3A to 3F with a fluid 9 coming from a thermal power station (not represented), and ducts 1 1 discharging from each of the production lines 3A to 3F a cooled fluid. 13.
  • the fluid 9 is for example distilled water.
  • the fluid 9 comes for example from a condenser (not shown) of the thermal power plant.
  • the fluid 9 is at a temperature of between 45 ° C and 100 ° C, for example at about 54 ° C.
  • the cooled fluid 13 is at a temperature between ⁇ ' ⁇ and 45 q C, for example about 33 ° C.
  • the production lines 3A to 3F are advantageously similar. They are arranged radially from the stack 5.
  • the production lines 3A to 3F are angularly distributed regularly around the stack 5. In the example shown, two successive production lines form an angle of 60 °. Since the production lines 3A to 3F are similar, only the production line 3A will be described below, with reference to FIGS. 2 to 4.
  • the production line 3A successively comprises an air intake duct 15 in the installation 1, a heat exchanger 17 defining a longitudinal direction L of air circulation, a first intermediate air duct 19, a turbine 21 air expansion, and a second intermediate air duct 23 opening into the chimney 5.
  • the production line 3A further comprises an electricity generator 25 mechanically connected to the turbine 21.
  • a transverse direction T substantially perpendicular to the longitudinal direction L and substantially horizontal is also defined.
  • the duct 15 for admission of air is at the periphery of the installation 1 ( Figure 1).
  • the air intake duct 15 draws outside air 27 and delivers air 29 entering the heat exchanger 17.
  • the duct 15 comprises an external envelope 31 delimiting as input a passage surface 33 of the outside air 27 and at the outlet of a passage surface 35 of the air 29 entering the heat exchanger 17.
  • passage surface or "passage section” of a flow means a surface which is in each of its points substantially perpendicular to the flow lines.
  • speed of the air is understood for example as the average speed of the air on a surface of passage of the air.
  • upstream and downstream refer to the direction of the air flow in the installation 1 and not with respect to the circulation of the fluid 9.
  • the duct 15 is substantially convergent, that is to say that the successive air passage surfaces have substantially decreasing areas in the direction of air flow.
  • the duct 15 is advantageously aerodynamically profiled to reduce the pressure losses in the air flowing in the duct 15.
  • the duct 15 is able to accelerate the air leaving the duct 15 at a speed of between 50 m / s and 100 m / s.
  • the passage surface 33 is located on the periphery side of the installation 1.
  • the passage surface 33 has a convexity turned towards the outside of the duct 15.
  • the passage surface 35 is substantially flat and perpendicular to the longitudinal direction L.
  • the ratio of the area of the inlet passage surface 33 to the area of the outlet passage area is between 2 and 3.
  • it is between 2.3 and 2.7 and is for example 2.5.
  • the outer wall 31 of the duct 15 comprises an upper wall 37 (FIG. 4), a lower wall 39 and two lateral walls 41, 43 (FIG. 5) connecting the upper wall 37 to the lower wall 39.
  • the duct 15 further comprises flow guides 45A to 45D to reduce the pressure losses of the air in the duct 15 and downstream of the duct 15.
  • the upper wall 37 and the lower wall 39 are substantially horizontal and flat.
  • the side walls 41, 43 are vertical.
  • the side walls 41, 43 are for example high about 2.5 m and extend longitudinally about 5 to 6 m for example. They are also curved, with a convexity turned towards the inside of the duct 15.
  • the lateral walls 41, 43 each comprise a downstream portion 45, 47 oriented substantially longitudinally. In other words, each of the downstream portions 47, 49 is tangent to a vertical plane parallel to the longitudinal direction L.
  • the flow guides 45A to 45D extend from the passage surface 33 of the outside air 27 to the passage surface 35 of the air 29 entering the heat exchanger 17.
  • the flow guides 45A to 45D are vertical and arranged transversely fanwise between the side walls 41, 43, preferably regularly.
  • the flux guides 45A to 45D advantageously have dimensions similar to those of the side walls 41, 43.
  • the flow guides 45A to 45D define with the outer wall 31 of the duct 15 substantially convergent air passages 51A to 51E.
  • the flux guides 45A to 45D further comprise a downstream portion 53A to 53D oriented substantially longitudinally. In other words, each of the downstream portions 53A to 53D is substantially tangent to a vertical plane parallel to the longitudinal direction L.
  • the heat exchanger 17 comprises an outer casing 55 defining an air circulation duct substantially in the longitudinal direction L.
  • the heat exchanger 17 further comprises an air inlet 57 connecting the heat exchanger 17 to the duct 15, and an air outlet 59 connecting the heat exchanger 17 to the first intermediate duct 19.
  • the heat exchanger 17 comprises a heat exchange assembly 61 between the air and the fluid 9, a fluid distribution assembly 9 in the exchange assembly 61, and a collector assembly 64 for collecting the cooled fluid. 13 from the exchange unit 61.
  • the outer shell 55 has a constant cross section.
  • the outer shell 55 is fiberglass.
  • the outer casing 55 is made of any other airtight material, insulating, and adapted to withstand a vacuum inside the heat exchanger 17, for example of the order of 4 to 5 kPa.
  • the inlet 57 and the outlet 59 have for example a square section.
  • the exchange unit 61 extends in the longitudinal direction L in a heat exchange zone 62, for example a length L1 of about 10 m.
  • the exchange unit 61 comprises a plurality of "U" exchange pipes 65.
  • Each exchange pipe 65 (FIGS. 6 and 7) extends in a substantially vertical plane.
  • the base of the "U” is oriented towards the air outlet 59 of the heat exchanger 17.
  • the branches of the "U” are oriented towards the air inlet 57 of the heat exchanger 17.
  • Each exchange pipe 65 comprises a fluid circulation hose 9 co-current with the air, a pipe 69 for circulating the fluid 9 against the current of air, and a connecting pipe 71 connecting the pipe 67 to the pipe 69 and forming the base of the "U".
  • connection pipes 71 are for example in a semicircle.
  • the co-current pipes 67 are for example organized according to thirty-eight superimposed horizontal planes P1 having seventy-six pipes 67 extending longitudinally.
  • the pipes 67 are connected on the upstream side of the heat exchanger 17 to the fluid distribution assembly 9.
  • Each countercurrent pipe 69 is for example located above the co-current pipe 67 belonging to the same "U" exchange pipe 65.
  • the countercurrent pipes 69 are for example organized according to thirty-eight superimposed horizontal planes P2 having seventy-six pipes 69 extending longitudinally.
  • the pipes 69 are connected on the upstream side of the heat exchanger 17 to the collector assembly 64.
  • the pipes 67, 69, 71 have for example an outside diameter of about 19 mm and a thickness of 1 mm. They are for example aluminum or copper.
  • the pipes 67, 69 extend substantially in the longitudinal direction L along the length L1.
  • the pipes 67, 69 are arranged at the nodes of a mesh network 73 rectangular, for example square.
  • the pipes 71 are advantageously aerodynamically profiled in the longitudinal direction L to reduce the pressure losses of the air in the heat exchanger 17.
  • the pipes 67, 69 having metal fins 72 fixed to the pipes 67, 69.
  • the fins 72 extend longitudinally and project radially from the pipes 67, 69.
  • the fins 72 are for example twenty in each pipe 67, 69, and divided into four groups of five fins 72 per mesh 73 of the network.
  • the fins 72 have by example a section perpendicular to the longitudinal direction L of triangular shape.
  • the triangular section of the fins 72 has a thick base of about 1 mm and a radial extension of about 4 mm.
  • Spacers 75 connect the pipes 67, 69 along the sides of the meshs 73 of the network.
  • Each spacer 75 has two longitudinal edges 77 fixed on two of the pipes 67, 69.
  • the spacers 75 have for example the length L1 in the longitudinal direction L, a width of 28 mm between two pipes 67, 69, and a thickness of 3 mm.
  • the spacers 75 are made of aluminum or copper.
  • the horizontal struts 75 are formed of two half-struts 75A and 75B fixed one in the extension of the other during assembly of the heat exchanger 17 through a 75C system of male-female moldings.
  • the pipes 67, 69 located in the vicinity of the outer casing 55 are connected to the outer casing 55 by spacers 79 along the sides of the meshes 73 of the network.
  • the struts 75, 79 advantageously comprise a profiled edge 80 situated on the upstream side of the heat exchanger 17, in order to reduce the pressure losses in the air at the point where the air splits on the struts 75, 79 .
  • the pipes 67, 69 and the fins 75, 79 define longitudinal circulation corridors 81 for the air.
  • the circulation corridors 81 are, in the example shown, 77 x 77.
  • the circulation corridors 81 have a width L2 in the transverse direction T of about 44 mm and have a height H of about 44 mm.
  • the circulation corridors 81 have a lateral envelope in all points substantially parallel to the longitudinal direction L.
  • the fluid distribution assembly 9 is situated longitudinally upstream of the exchange assembly 61.
  • the fluid distribution assembly 9 comprises inlet manifolds 83 connected to the pipe 7 supplying the production line 3A with fluid 9, and distribution pipes 85 connecting the inlet manifolds 83 to each pipe to be connected. current 67 of the exchange unit 61.
  • the inlet manifolds 83 are, in the example shown, the number of thirty-eight.
  • the inlet manifolds 83 extend substantially in horizontal planes P1.
  • the inlet manifolds 83 are oriented substantially horizontally in a direction D1 forming an angle of approximately 45 ° with the longitudinal direction L.
  • Each inlet manifold 83 has an inlet 86 of fluid 9, and an end 87 opposite to the entry 86 according to direction D1.
  • each inlet manifold 83 defines, from the inlet 86 to the end 87, passage sections perpendicular to the direction D1 having a proportionally reduced area as a function of the distance in the direction D1.
  • the area of a passage section 89 located at a distance d from the end 87 has an area substantially proportional to the distance d.
  • the distribution pipes 85 extend in the thirty-eight planes P1 and are thirty-eight in each plane P1.
  • Each distribution pipe 85 has a first transverse portion 91, and a second longitudinal portion 93 separated from the first portion 91 by a bend at about 90 °.
  • the first portions 91 of all the distribution pipes 85 of one of the planes P1 are connected at regular intervals along the longitudinal direction L to the inlet manifold 83 extending in the plane P1 in question.
  • the first portions 91 are advantageously aerodynamically profiled in the longitudinal direction L to reduce the pressure losses of the air in the heat exchanger 17.
  • the second portions 93 are connected to co-current pipes 67 of the plane P1 in question.
  • the collector assembly 64 of the cooled fluid 13 has a structure similar to that of the fluid distribution assembly 63.
  • the collector assembly 64 will not be described in detail.
  • the collector assembly 64 (FIG. 5) comprises outlet collectors 95 extending substantially in horizontal planes P2 and oriented in a direction D2, of which there are thirty-eight, and collector pipes 97 for collecting the cooled fluid 13 from countercurrent pipes 69.
  • the outlet manifolds 95 include an outlet 99 for the cooled fluid 13 and an end 101. Each outlet manifold 95 defines, from the end 101 to the outlet 99, passage sections of the cooled fluid 13 perpendicular to the direction D2 having an area increasing proportionally with the distance in the direction D2.
  • the inlet manifolds 83 and the outlet manifolds 95 are replaced by a single inlet manifold and a single outlet manifold (not shown), both advantageously in the form of dihedron.
  • the first intermediate duct 19 comprises a casing 103 located in the extension of the casing 55 of the heat exchanger 17.
  • the envelope 103 defines an inlet 105 of the first intermediate duct 19 corresponding to the outlet 59 of square section of the heat exchanger 17, and an outlet 107 located at the inlet of the turbine 21 and of substantially circular section.
  • the casing 103 advantageously has an aerodynamic shape making it possible to pass from the square shape of the inlet 105 to the substantially circular shape of the outlet 107.
  • the envelope 103 is of substantially convergent shape. Envelope 103 is capable of increasing the velocity of air between inlet 105 and outlet 107 by a factor of about three, for example from about 64 m / s to about 210 m / s.
  • the turbine 21 is located at a neck of the production line 3A, that is to say at the location having the smallest air passage section.
  • the turbine 21 may comprise one or more stages, comprising for example a stator 109, a rotor 1 1 1, and a shaft 1 13 mechanically connecting the rotor 1 1 1 to the electricity generator 25.
  • the second intermediate duct 23 comprises an outer casing 1 15, an inner casing 1 17 in the form of a drop, and an outlet section 1 19 through which the second intermediate duct opens into the chimney 5.
  • the inner envelope 1 17 surrounds the electricity generator 25 and divides the flow of air leaving the turbine 21 around the electricity generator 25.
  • the outlet section 1 19 is substantially horizontal.
  • the outer casing 1 15 and the inner casing 1 17 define a passage 121 substantially divergent for air.
  • the outer casing 1 15 and the inner casing 1 17 have a general shape advantageously aerodynamic to reduce the pressure losses in the air.
  • the general shape of the outer shell 1 is curved upwardly on the side of the outlet section 1 19 to move the air from a horizontal circulation to a substantially vertical circulation.
  • the passage 121 is able to reduce the speed of the air between the outlet of the turbine 21 and the outlet section 1 19 of the second intermediate duct 23 by a factor of about 2.
  • the chimney 5 comprises a base 123 fixed in the ground and a frustoconical portion 125 fixed on the base 123.
  • the chimney 5 has a height of between 10 m and 200 m.
  • the base 123 comprises six sectors 127A to 127F ( Figure 3) arranged angularly about a vertical axis V, and a bulb 129 located between the six sectors 127A to 127F.
  • Each sector 127A to 127F receives the second intermediate conduit 23 of the corresponding production line 3A to 3F.
  • the frustoconical portion 125 is divergent upwards. For example, its lower diameter is about 7 m and its greater diameter is about 21 m.
  • the part frustoconical 125 is advantageously substantially adiabatic.
  • the frustoconical portion 125 is carbon fiber.
  • the fluid 9 comes for example from one or more condensers (not shown) and has a temperature of 54 ° C.
  • the fluid 9 enters the distribution system 63 of the heat exchanger 17 ( Figure 5).
  • the fluid 9 arrives firstly in the thirty-eight inlet manifolds 83, in which it flows from the inlet 86 to the end 87 in the direction D1.
  • the fluid 9 is then distributed in the first portions 91 (FIG. 8) of the distribution pipes 85. Due to the fact that the passage section 89 of the inlet manifolds 83 is substantially proportional to the distance d, the fluid 9 circulates substantially at the same speed in all the first portions 91 of the distribution pipes 85.
  • the fluid 9 flows through the second portions 93 of the distribution pipes 85 and enters the co-current pipes 67 of the exchange pipes 65 (FIGS. 6 and 8).
  • the fluid 9 then circulates longitudinally along the planes P1 and co-flows with the air circulating in the heat exchanger 17. Arrived at the air outlet 59 of the heat exchanger 17, the fluid 9 takes the connecting pipes 71 and enters the countercurrent pipes 69.
  • the fluid 9 then circulates longitudinally along the P2 planes against the current with the air circulating in the heat exchanger 17.
  • the fluid 9 gives heat to the air circulating in the heat exchanger 17 and becomes the cooled fluid 13.
  • the struts 75, 79 and the fins 72 provide good thermal contact between the fluid 9 and the air flowing in the heat exchanger 17.
  • Each pipe 67, 69 can transfer about 5 kW of thermal power.
  • the pipes 67, 69 being 76 x 76, or 5776, the total thermal power transferred to the air by the production line 3A is about 29 MW.
  • the thermal power transferred to the air by the heat exchangers 17 is approximately 174 MW.
  • the cooled fluid 13 is approximately 33 ' ⁇ .
  • the cooled fluid 13 then enters the manifold assembly 64 ( Figure 5).
  • the cooled fluid 13 passes through the collecting pipes 97 and arrives in the outlet manifolds 95.
  • the cooled fluid 13 flows in the outlet manifolds 95 from the end 101 to the outlet 99 in the direction D2.
  • the cooled fluid 13 circulates substantially at the same speed in the header pipes 97.
  • the distribution pipes 85 and the collecting pipes 97 pass through the envelope 55 of the heat exchanger 17.
  • the air and water tightness constraint of the heat exchanger 17 is simpler to satisfy. that the distribution assembly 63 and the collector assembly 64 are located upstream of the exchange unit 61.
  • the depression inside the exchanger 17 is the weakest upstream of the exchange unit 61.
  • the outside air 27 enters the intake duct 15 (FIGS. 2 to 5) through the passage surface 33. At the passage surface 33, the air has a velocity of approximately 25 m / s. The air entering the intake duct 15 takes the convergent passages 51 A to 51 E and leaves the passage surface 35.
  • the passage surface 35 is also the air inlet 57 in the heat exchanger 17.
  • the air 29 entering the heat exchanger 17 has a speed of about 64.degree. m / s.
  • the velocity of the air is multiplied by about 2.5 between the passage surface 33 and the passage surface 35 of the intake duct 15.
  • the air temperature drops about ⁇ ⁇ ' ⁇ between the passage surface 33 and the passage surface 35, which improves the thermal efficiency of the heat exchanger 17.
  • the air enters the heat exchanger 17 at the passage surface 35 substantially parallel to the longitudinal direction L.
  • the air entering the heat exchanger 17 passes between the pipes 85, 97 of the distribution assembly 63 and the collector assembly 64.
  • the air then enters the longitudinal circulation corridors 81 (FIGS. 6 and 7). ) where it exchanges heat with the fluid 9.
  • the air temperature increases from about 34 ⁇ during this exchange.
  • the enthalpy of the air, between the inlet 57 and the outlet 59 of the heat exchanger 17, increases by about 34 kJ / kg.
  • the air passes through the heat exchanger 17 with a reduced pressure drop, preferably less than about 1 1 kPa.
  • the velocity of the air in the heat exchanger 17 greatly increases the heat exchange between the fluid 9 and the air. Indeed, the heat exchange is normally lower between a liquid such as water and a gas such as air. Due to the speed of the air in the heat exchanger 17, the heat exchange is comparable to that existing between two liquids.
  • the heated air leaving the heat exchanger 17 enters the first intermediate duct 19 (FIGS. 3 and 4). Between the inlet 105 and the outlet 107 of the first intermediate duct 19, the speed of the air is multiplied by about three. In the example shown, it goes from about 64 m / s to about 210 m / s.
  • the air therefore enters the turbine 21 at about 210 m / s and transfers part of its energy to the turbine 21.
  • the energy transferred is recovered as mechanical energy on the shaft 1 13 and converted into electrical energy by the electricity generator 25.
  • the electricity production of the facility 1 is about 16 MW.
  • the 16 MW electrical output produced by the installation 1 represents a production gain of about 9%. Depending on the operating conditions, the gain in electricity production is up to 25%.
  • the installation 1 allows the thermal power plant to dispense with the water of a river as a cold source.
  • the outside air 27 plays indeed the role of cold source.
  • the air after passing through the turbine 21, takes the second intermediate duct 23. By passing on the inner casing 17, the air recovers the heat produced by the electricity generator 25.
  • the air passes from a substantially longitudinal circulation to a vertical circulation between the outlet of the turbine 21 and the outlet section 1 19 of the second intermediate duct 23.
  • the passage 121 of the second intermediate duct 23 being diverging, the speed of the air is reduced between the outlet of the turbine 21 and the outlet section 1 19.
  • the air speed is for example 96 m / s at the entrance to the chimney 5.
  • the air has a reduced speed with respect to the speed at the inlet of the frustoconical portion.
  • the output speed of the frustoconical portion 125 is for example about 1 1 m / s.
  • the air pressure at the outlet of the frustoconical portion 125 is substantially equal to the atmospheric pressure at 200 m altitude.
  • the operation explained above corresponds to a steady state of the installation 1, when the air reached the high speeds mentioned above.
  • the turbines 21 are started by supplying electrical energy to the generators 25 which then function as driving motors of the turbines 21.
  • rigid vertical panels 127 are firstly made by welding (FIG. 8) comprising the "U" exchange pipes 65 and the vertical spacers 75, 79 which are intended to be located substantially. in the same vertical longitudinal plane of the heat exchanger 17.
  • the half-entraines 75A, 75B horizontal intended to be located on either side of one of the panels 127 transversely are welded to the panels 127 to obtain complete panels 129.
  • the complete panels 129 seventy-six in the example shown, are welded to one another along the grooves 75C half-spacers 75A, 75B.
  • the assembly of the complete panels 129 is for example reinforced by aluminum strapping (not shown) extending in transverse planes, distributed along the length of the heat exchanger 17.
  • the installation 1 uses the heat present in the fluid 9 to produce about 16 MW of electricity. Calculations show that, for a comparable footprint, the energy supplied by the installation 1 is approximately 4120 times greater than that of the Manzanarès chimney. The height of the chimney 5 is furthermore not greater than that of the chimney of Manzanares.
  • the installation 1 is therefore much more efficient than the aforementioned prior art installations.
  • the installation 1 is devoid of electricity generator.
  • the mechanical energy recovered on the shafts 1 13 is then used directly, for example by means of a hydraulic circuit for any use. Industrial applications.
  • the present invention makes it possible to increase the electricity production of any thermal power plant from the heat released into the environment, without any additional fuel, by producing no industrial waste or any additional greenhouse effect, and by not drawing on the fresh water of rivers, which is the traditional cold source of thermal power stations.
  • the invention makes it possible on the one hand to preserve the natural fresh water by preventing it from being evaporated in an industrial process, and on the other hand to avoid rejecting hot effluents in the rivers causing disturbances in the natural environment.
  • the invention also makes it possible to increase the guaranteed electricity production without any C02 emission.
  • the invention makes it possible to increase the net electricity production of any thermal power station from 10% to 25%, without using additional fuel, for an investment cost per kW equivalent to that of a power plant. gas.
  • the ambient air acts as a cold source for the thermal power plant to which the installation 1 is connected. This makes it possible to advantageously construct the installation 1 in a location that is substantially devoid of water resources.
  • Installation 1 makes it possible to recover the heat generated by a thermal power station.
  • the recovery is carried out by means of a heat-transfer liquid, typically water, thanks to a high-speed passage of air in the heat exchanger 17.
  • the temperature of the air is thus reduced by the increase of the air velocity (conservation of energy), thus allowing a better heat transfer between the coolant and the air in transit in the heat exchanger.
  • each of the flux guides 45A to 45D substantially has a parabolic shape profile.
  • it is the same for the side walls 41, 43.
  • the flux guides 45A, 45B and the wall 41 have shapes that are transversely opposite to the flux guides 45C, 45D and to the wall 43.
  • the flux guides 45A, 45B and the wall 41 are substantially symmetrical with the flow guides. 45C, 45D and the wall 43 with respect to a plane P parallel to the longitudinal direction L.
  • the plane P is for example a median plane of the heat exchanger 17, preferably substantially vertical.
  • the substantially parabolic and convergent fan shape of the intake duct 15 makes it possible to very substantially reduce the pressure losses in the air.
  • the intake duct 15 is provided with flux guides in the form of a parabola beam. This allows a reduction of the passage section of the incoming air a very small distance compared to a circular intake duct around the chimney 5 such as a greenhouse arranged circularly around the chimney.
  • the intake duct 15 implements a reduced floor area compared to the case of a radial air inlet. In the example, the reduction is about 38%.
  • the installation 1 has a lower footprint than would be necessary for a circular greenhouse shaped intake duct.
  • installation 1 occupies a surface area of 3643 m 2 (diameter 68 m) to generate 16 MW, a production ratio of 4.39 kW / m 2 .
  • the solar tower (in English Solar tower) Manzanares occupied a floor area of 46,760 m 2 (diameter 244 m) to produce 50 kW, a ratio of 0.00107 kW / m 2 .
  • the installation 1 according to the invention is therefore about 4,000 times more effective than the Solartower Manzanares and other similar devices in terms of footprint required.
  • the intake duct 15 makes it possible to accelerate the air up to a high speed at the inlet of the heat exchanger 17.
  • the circular greenhouse is an example of a linearly convergent heat exchange duct. not very effective compared to the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Installation pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide (9) à une température supérieure à la température ambiante, comportant successivement : - au moins un échangeur de chaleur air-fluide (17) pour recevoir au moins une partie du fluide et transférer de la chaleur du fluide reçu à de l'air entrant dans l'échangeur de chaleur, afin d'obtenir de l'air chauffé et du fluide refroidi (13), - au moins une turbine (21) pour détendre l'air chauffé et obtenir l'énergie mécanique ou électrique, - au moins un premier conduit intermédiaire pour acheminer l'air chauffé de l'échangeur de chaleur jusqu'à la turbine, et - une cheminée (5) pour recevoir l'air détendu et le mettre à l'atmosphère. L'installation comprend au moins un conduit d'admission (15) sensiblement convergent pour prélever de l'air extérieur (27) et délivrer à l'échangeur de chaleur au moins une fraction de l'air entrant, et un second conduit intermédiaire (23) pour acheminer l'air détendu de la turbine à la cheminée. Procédé correspondant.

Description

Installation et procédé pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante.
Domaine technique.
La présente invention concerne une installation pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante, du type comportant successivement :
- au moins un échangeur de chaleur air-fluide pour recevoir au moins une partie du fluide et transférer de la chaleur du fluide reçu à de l'air entrant dans l'échangeur de chaleur, afin d'obtenir de l'air chauffé et du fluide refroidi, l'échangeur de chaleur définissant une direction longitudinale de circulation de l'air dans l'échangeur de chaleur,
- au moins une turbine pour détendre l'air chauffé et obtenir de l'air détendu et l'énergie mécanique ou électrique,
- au moins un premier conduit intermédiaire pour acheminer l'air chauffé de l'échangeur de chaleur jusqu'à la turbine, et
- une cheminée, de préférence divergente, pour recevoir l'air détendu et le mettre à l'atmosphère.
L'invention concerne également un procédé correspondant de production d'énergie mécanique ou électrique, et une centrale de production d'énergie comprenant l'installation précitée.
L'invention s'applique en particulier à la conversion en électricité de la chaleur perdue par une centrale de production d'énergie, par exemple une centrale solaire, thermique ou nucléaire.
Etat de la technique.
La chaleur est en général perdue sous forme d'eau résiduelle à une température supérieure à la température ambiante, mais peu élevée, typiquement comprise entre 45^ et 100°C. La chaleur de l'eau résiduelle est le plus souvent évacuée dans l'environnement, par exemple dans une rivière ou dans la mer par échange thermique. Dans le cas des centrales nucléaires, le refroidissement de l'eau résiduelle a lieu dans une ou plusieurs tours de refroidissement. La chaleur ainsi perdue par une centrale représente typiquement 50 à 65% de la chaleur produite par la centrale et limite son rendement thermique. Dans quelques cas favorables, une partie de la chaleur dissipée est utilisée en chauffage direct, en cogénération, mais elle n'est pas transformée en énergie mécanique ou électrique. Le plus souvent, le refroidissement de l'eau résiduelle reste une opération qui consomme de l'énergie.
Dans les pays où l'eau naturelle est rare, typiquement en Afrique du Sud, il est connu d'utiliser des systèmes de refroidissement à air se présentant généralement sous forme de condenseurs en forme de toit, refroidis par des ventilateurs placés en dessous,
Pour produire de l'électricité, une cheminée a été construite en 1983 à Manzanarès, Espagne, puis démantelée en 1988. Son fonctionnement consistait à chauffer l'air en transit sous une serre transparente de 122 m de rayon, occupant une surface au sol de 46 760 m2, au moyen de la chaleur du soleil, et à canaliser l'air chaud vers une cheminée de 200 m de hauteur située au centre de la serre. Le mouvement de l'air était obtenu du fait que la densité de l'air chaud est plus faible que celle de l'air froid, l'air réchauffé se dirigeant naturellement vers la cheminée et actionnant lors de son passage une turbine située dans la cheminée. La vitesse maximale de l'air observée dans ce dispositif était de 12 m/s dans le col de la cheminée. La cheminée de Manzanarès produisait une puissance électrique maximale de 50 kW.
Le brevet FR-B-2 903 740 appartenant au présent demandeur décrit une cheminée divergente, télescopique, auto-sustentée en fibre de carbone produisant de l'électricité grâce au déplacement d'air dans la cheminée dû (i) à une différence de pression entre le sol et l'altitude, (ii) au refroidissement de l'air dans la cheminée ayant pour effet d'augmenter sa vitesse par conservation de l'énergie.
Toutefois, ni à Manzanarès, ni dans le document précité il n'est envisagé de récupérer la chaleur présente dans l'eau résiduelle d'une centrale thermique.
Le document DE-A-198 21 659 décrit également une serre de 4 km x 4 km au sol chauffant de l'air. L'air est chauffé la nuit par des serpentins dans lesquels circule de l'eau en provenance d'une centrale solaire voisine. L'air est évacué par une cheminée de 1000 m de haut. Des calculs montrent que, dans une telle installation, l'air circule à faible vitesse, inférieure à 10 m/s dans la serre et entre 10 et 20 m/s dans la cheminée, la puissance thermique dissipée en provenance de la centrale solaire restant faible, malgré une emprise au sol très importante de la serre et une grande hauteur de la cheminée.
Description sommaire de l'invention.
Un but de l'invention est donc de proposer une installation permettant de valoriser la chaleur présente dans un fluide, par exemple une eau résiduelle en provenance d'une centrale de production d'énergie, pour produire de l'énergie mécanique ou électrique, et avec une emprise au sol et une hauteur modérées.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante du type décrit ci-dessus, l'installation comprenant au moins un conduit d'admission sensiblement convergent pour prélever de l'air extérieur et délivrer à l'échangeur de chaleur au moins une fraction de l'air entrant, et un second conduit intermédiaire pour acheminer l'air détendu de la turbine à la cheminée.
Selon des modes particuliers de réalisation, l'installation comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le premier conduit intermédiaire est sensiblement convergent et propre à accélérer l'air acheminé à la turbine à une vitesse en sortie du premier conduit intermédiaire comprise entre 150 m/s et 250 m/s, de préférence égale à environ 210 m/s ;
- le conduit d'admission est propre à accélérer l'air à une vitesse en sortie du conduit d'admission comprise entre 50 m/s et 100 m/s, de préférence égale à environ 64 m/s ;
- le conduit d'admission définit en entrée une surface de passage de l'air extérieur et en sortie une surface de passage de l'air vers l'échangeur de chaleur, le rapport obtenu en divisant l'aire de la surface de passage en entrée par l'aire de la surface de passage en sortie étant compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7 ;
- le conduit d'admission comprend : une enveloppe latérale comportant une paroi supérieure et une paroi inférieure sensiblement planes et parallèles entre elles, et deux parois latérales s'étendant chacune entre la paroi supérieure et la paroi inférieure, et une pluralité de guides de flux répartis transversalement entre les deux parois latérales et définissant pour l'air extérieur une pluralité de passages sensiblement convergents, chacun des guides de flux et chacune des deux parois latérales comportant une portion aval s'orientant sensiblement selon la direction longitudinale ;
- chacun des guides de flux, et de préférence aussi chacune des parois latérales, présente un profil sensiblement parabolique ;
- l'échangeur de chaleur comprend des tuyaux sensiblement parallèles à la direction longitudinale pour faire circuler le fluide dans une zone d'échange thermique de l'échangeur de chaleur ;
- l'échangeur de chaleur comprend une entrée d'air située longitudinalement du côté du conduit d'admission, une sortie d'air située longitudinalement du côté opposé à l'entrée d'air, chacun des tuyaux étant connecté fluidiquement à un autre des tuyaux pour former une pluralité de tuyaux en « U », chaque tuyau en « U » comportant une entrée destinée à admettre une fraction du fluide et une sortie destinée à évacuer une fraction du fluide refroidi, tous les tuyaux en « U » étant orientés de manière à ce que les entrées et les sorties des tuyaux en « U » pointent longitudinalement vers l'un de l'entrée d'air et de la sortie d'air de l'échangeur de chaleur, de préférence vers l'entrée d'air de l'échangeur de chaleur ;
- les tuyaux sont agencés aux nœuds d'un réseau à mailles rectangulaires, l'échangeur de chaleur comportant des entretoises métalliques reliant les tuyaux les uns aux autres selon les côtés des mailles du réseau, chacune des entretoises comportant deux bords longitudinaux fixés sur les tuyaux, les entretoises et les tuyaux définissant dans l'échangeur de chaleur des couloirs de circulation d'air longitudinaux ;
- l'échangeur de chaleur comprend un ensemble de distribution du fluide et un ensemble collecteur du fluide refroidi, l'ensemble de distribution comportant au moins un collecteur d'entrée et des tuyaux de distribution connectés à intervalles réguliers sur le collecteur d'entrée selon une direction de circulation du fluide dans le collecteur d'entrée, l'ensemble collecteur comportant au moins un collecteur de sortie et des tuyaux collecteurs connectés à intervalles réguliers sur le collecteur de sortie selon une direction de circulation du fluide refroidi dans le collecteur de sortie, le collecteur d'entrée présentant une section transversale de passage du fluide se rétrécissant jusqu'à une extrémité du collecteur d'entrée dans le sens de circulation du fluide, la section de passage ayant une aire augmentant proportionnellement à la distance entre la section de passage et l'extrémité du collecteur d'entrée, le collecteur de sortie présentant une section de passage augmentant selon la direction de circulation du fluide refroidi dans le collecteur de sortie à partir d'une extrémité du collecteur de sortie, la section de passage du collecteur de sortie ayant une aire augmentant proportionnellement à la distance entre la section de passage du collecteur de sortie et l'extrémité du collecteur de sortie ;
- l'échangeur de chaleur comporte des ailettes métalliques fixées sur les tuyaux, les ailettes s'étendant longitudinalement et faisant saillie radialement à partir des tuyaux.
- les enveloppes externes de l'un ou plusieurs des éléments suivants sont démontables pour en permettre la maintenance : le conduit d'admission d'air, l'échangeur de chaleur air-fluide, le premier conduit intermédiaire, la turbine, le second conduit intermédiaire et la cheminée.
L'invention a également pour objet un procédé de production d'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à une température supérieure à la température ambiante, le procédé comportant au moins les étapes suivantes : - transfert de chaleur dans au moins un échangeur de chaleur air-fluide d'au moins une partie du fluide vers de l'air entrant dans l'échangeur de chaleur pour obtenir de l'air chauffé et du fluide refroidi, l'échangeur de chaleur définissant une direction longitudinale de circulation de l'air dans l'échangeur de chaleur,
- acheminement par un premier conduit intermédiaire de l'air chauffé de l'échangeur de chaleur à au moins une turbine,
- détente de l'air chauffé dans la turbine pour obtenir de l'air détendu et l'énergie mécanique ou électrique, et
- mise à l'atmosphère de l'air détendu par une cheminée, de préférence divergente,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :
- prélèvement d'air extérieur par au moins un conduit d'admission sensiblement convergent et livraison de l'air prélevé à l'échangeur de chaleur, l'air délivré par le conduit d'admission fournissant au moins une fraction de l'air entrant, et
- acheminement par un second conduit intermédiaire de l'air détendu de la turbine à une cheminée.
Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé met en œuvre une installation telle que décrite ci-dessus, y compris dans les modes de réalisation particuliers de l'installation décrits ci-dessus.
L'invention concerne enfin une centrale de production d'énergie produisant un fluide à température supérieure à la température ambiante, par exemple une centrale solaire, thermique ou nucléaire, la centrale :
- comprenant une installation telle que décrite ci-dessus, l'installation produisant de l'énergie mécanique ou électrique à partir du fluide produit par la centrale de production d'énergie, ou
- mettant en œuvre un procédé tel que décrit ci-dessus, le procédé produisant de l'énergie mécanique ou électrique à partir du fluide produit par la centrale de production d'énergie.
Description des Figures.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est vue de dessus d'une installation selon l'invention comportant six lignes de production d'énergie analogues les unes aux autres ; - la Figure 2 est une vue de profil d'une des lignes de production d'énergie de l'installation représentées sur la Figure 1 ;
- la Figure 3 est une vue dessus de la ligne de production d'énergie représentée sur la Figure 2 ;
- la Figure 4 est une vue de profil de la ligne de production d'énergie représentée sur les Figures 2 et 3, sans une partie de la cheminée ;
- la Figure 5 est une vue de dessus du conduit d'admission d'air et d'une partie amont de l'échangeur de chaleur de la ligne de production d'énergie représentée sur les Figures 2 à 4 ;
- la Figure 6 est une vue en coupe selon un plan longitudinal vertical d'une partie de l'échangeur de chaleur de la ligne de production représentée sur le Figures 2 à 4 ;
- la Figure 7 est une vue en coupe selon un plan transversal d'une partie de l'échangeur de chaleur de la ligne de production représentée sur le Figures 2 à 4 ; et
- la Figure 8 est une vue de dessus du collecteur de fluide de l'échangeur de chaleur de la ligne de production représentée sur le Figures 2 à 4.
Description détaillée de l'invention.
En référence à la Figure 1 , on décrit une installation 1 de production d'électricité. L'installation 1 comprend six lignes de production 3A à 3F et une cheminée 5 commune aux six lignes de production 3A à 3F. Selon des variantes non représentées, l'installation 1 comprend un nombre de lignes de production quelconque, allant par exemple de un à douze.
L'installation 1 comprend des canalisations 7 alimentant chacune des lignes de production 3A à 3F en un fluide 9 provenant d'une centrale thermique (non représentée), et des canalisations 1 1 évacuant de chacune des lignes de production 3A à 3F un fluide refroidi 13.
Le fluide 9 est par exemple de l'eau distillée. Le fluide 9 provient par exemple d'un condenseur (non représenté) de la centrale thermique. Le fluide 9 est à une température comprise entre 45 °C et 100 °C, par exemple à environ 54 °C.
Le fluide refroidi 13 est à une température comprise entre δ'Ό et 45qC, par exemple environ 33 °C.
Les lignes de production 3A à 3F sont avantageusement analogues. Elles sont disposées radialement à partir de la cheminée 5. Les lignes de production 3A à 3F sont réparties angulairement de manière régulière autour de la cheminée 5. Dans l'exemple représenté, deux lignes de production successives forment un angle a de 60 °. Les lignes de productions 3A à 3F étant analogues, seule la ligne de production 3A sera décrite ci-après, en référence aux Figures 2 à 4.
La ligne de production 3A comprend successivement un conduit 15 d'admission d'air dans l'installation 1 , un échangeur de chaleur 17 définissant une direction longitudinale L de circulation d'air, un premier conduit intermédiaire d'air 19, une turbine 21 de détente d'air, et un second conduit intermédiaire d'air 23 débouchant dans la cheminée 5. La ligne de production 3A comprend en outre un générateur d'électricité 25 relié mécaniquement à la turbine 21 .
On définit aussi une direction transversale T sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L et sensiblement horizontale.
Le conduit 15 d'admission d'air se situe en périphérie de l'installation 1 (Figure 1 ).
Comme visible sur la Figure 5, le conduit 15 d'admission d'air prélève de l'air extérieur 27 et délivre de l'air 29 entrant dans l'échangeur de chaleur 17. Le conduit 15 comprend une enveloppe externe 31 délimitant en entrée une surface de passage 33 de l'air extérieur 27 et en sortie une surface de passage 35 de l'air 29 entrant dans l'échangeur de chaleur 17.
Par « surface de passage » ou « section de passage » d'un flux, on entend une surface qui est en chacun de ses points sensiblement perpendiculaire aux lignes du flux. La « vitesse » de l'air s'entend par exemple comme la vitesse moyenne de l'air sur une surface de passage de l'air.
Les termes « amont » et « aval » s'entendent par rapport au sens de la circulation d'air dans l'installation 1 et non par rapport à la circulation du fluide 9.
Le conduit 15 est sensiblement convergent, c'est-à-dire que les surfaces de passage de l'air successives ont des aires sensiblement décroissantes dans le sens de circulation de l'air. Le conduit 15 est avantageusement profilé aérodynamiquement pour réduire les pertes de charge dans l'air circulant dans le conduit 15.
Le conduit 15 est propre à accélérer l'air en sortie du conduit 15 à une vitesse comprise entre 50 m/s et 100 m/s.
La surface de passage 33 est située du côté de la périphérie de l'installation 1 . La surface de passage 33 présente une convexité tournée vers l'extérieur du conduit 15.
La surface de passage 35 est sensiblement plane et perpendiculaire à la direction longitudinale L.
Le rapport de l'aire de la surface de passage 33 en entrée par l'aire de la surface de passage 35 en sortie est compris entre 2 et 3. Avantageusement, il est compris entre 2,3 et 2,7 et vaut par exemple 2,5. La paroi externe 31 du conduit 15 comprend une paroi supérieure 37 (Figure 4), une paroi inférieure 39 et deux parois latérales 41 , 43 (Figure 5) reliant la paroi supérieure 37 à la paroi inférieure 39. Le conduit 15 comporte en outre des guides de flux 45A à 45D pour réduire les pertes de charge de l'air dans le conduit 15 et en aval du conduit 15.
La paroi supérieure 37 et la paroi inférieure 39 sont sensiblement horizontales et planes.
Les parois latérales 41 , 43 sont verticales. Les parois latérales 41 , 43 sont par exemple hautes de 2,5 m environ et s'étendent longitudinalement sur environ 5 à 6 m par exemple. Elles sont en outre incurvées, avec une convexité tournée vers l'intérieur du conduit 15. Les parois latérales 41 , 43 comportent chacune une portion aval 45, 47 orientée sensiblement longitudinalement. Dit autrement, chacune des portions aval 47, 49 est tangente à un plan vertical parallèle à la direction longitudinale L.
Les guides de flux 45A à 45D s'étendent de la surface de passage 33 de l'air extérieur 27 à la surface de passage 35 de l'air 29 entrant dans l'échangeur de chaleur 17. Les guides de flux 45A à 45D sont verticaux et disposés transversalement en éventail entre les parois latérales 41 , 43, avantageusement de manière régulière. Les guides de flux 45A à 45D présentent avantageusement des dimensions similaires à celles des parois latérales 41 , 43.
Les guides de flux 45A à 45D définissent avec la paroi externe 31 du conduit 15 des passages d'air 51 A à 51 E sensiblement convergents. Les guides de flux 45A à 45D comprennent en outre une portion aval 53A à 53D orientée sensiblement longitudinalement. Dit autrement, chacune des portions aval 53A à 53D est sensiblement tangente à un plan vertical parallèle à la direction longitudinale L.
L'échangeur de chaleur 17 comprend une enveloppe externe 55 définissant une veine de circulation d'air sensiblement selon la direction longitudinale L. L'échangeur de chaleur 17 comprend en outre une entrée d'air 57 connectant l'échangeur de chaleur 17 au conduit 15 d'admission d'air, et une sortie d'air 59 connectant l'échangeur de chaleur 17 au premier conduit intermédiaire 19.
L'échangeur de chaleur 17 comprend un ensemble 61 d'échange thermique entre l'air et le fluide 9, un ensemble 63 de distribution du fluide 9 dans l'ensemble d'échange 61 , et un ensemble collecteur 64 pour collecter le fluide refroidi 13 provenant de l'ensemble d'échange 61 .
L'enveloppe externe 55 présente une section transversale constante. L'enveloppe externe 55 est en fibre de verre. Selon des variantes, l'enveloppe externe 55 est en tout autre matériau étanche à l'air, isolant, et propre à résister à une dépression à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 17, par exemple de l'ordre de 4 à 5 kPa. L'entrée 57 et la sortie 59 ont par exemple une section carrée.
L'ensemble d'échange 61 s'étend selon la direction longitudinale L dans une zone d'échange thermique 62, par exemple sur une longueur L1 d'environ 10 m.
Sur la Figure 6, l'ensemble d'échange 61 comprend une pluralité de tuyaux d'échange 65 en « U ».
Chaque tuyau d'échange 65 (Figures 6 et 7) s'étend dans un plan sensiblement vertical. La base du « U » est orientée vers la sortie d'air 59 de l'échangeur de chaleur 17. Les branches du « U » sont orientées vers l'entrée d'air 57 de l'échangeur de chaleur 17.
Chaque tuyau d'échange 65 comporte un tuyau 67 de circulation du fluide 9 à co- courant avec l'air, un tuyau 69 de circulation du fluide 9 à contre-courant de l'air, et un tuyau de connexion 71 reliant le tuyau 67 au tuyau 69 et formant la base du « U ».
Les tuyaux de connexion 71 sont par exemple en demi-cercle.
Les tuyaux à co-courant 67 sont par exemple organisés selon trente-huit plans horizontaux superposés P1 comportant soixante-seize tuyaux 67 s'étendant longitudinalement. Les tuyaux 67 sont connectés du côté amont de l'échangeur de chaleur 17 à l'ensemble 63 de distribution du fluide 9.
Chaque tuyau à contre-courant 69 est par exemple situé au dessus du tuyau à co- courant 67 appartenant au même tuyau d'échange 65 en « U ».
Les tuyaux à contre-courant 69 sont par exemple organisés selon trente-huit plans horizontaux superposés P2 comportant soixante-seize tuyaux 69 s'étendant longitudinalement. Les tuyaux 69 sont connectés du côté amont de l'échangeur de chaleur 17 à l'ensemble collecteur 64.
Les plans P1 et P2 alternent verticalement.
Les tuyaux 67, 69, 71 ont par exemple un diamètre extérieur de 19 mm environ et une épaisseur de 1 mm. Ils sont par exemple en aluminium ou en cuivre. Les tuyaux 67, 69 s'étendent sensiblement selon la direction longitudinale L sur la longueur L1 .
Comme visible sur la Figure 7, les tuyaux 67, 69 sont agencés aux nœuds d'un réseau à mailles 73 rectangulaires, par exemple carrées.
Les tuyaux 71 sont avantageusement profilés aérodynamiquement selon la direction longitudinale L pour réduire les pertes de charge de l'air dans l'échangeur de chaleur 17.
Les tuyaux 67, 69 comportant des ailettes métalliques 72 fixées sur les tuyaux 67, 69. Les ailettes 72 s'étendent longitudinalement et font saillie radialement à partir des tuyaux 67, 69.
Les ailettes 72 sont par exemple au nombre de vingt par tuyau 67, 69, et réparties en quatre groupes de cinq ailettes 72 par maille 73 du réseau. Les ailettes 72 ont par exemple une section perpendiculairement à la direction longitudinale L de forme triangulaire. Par exemple, la section triangulaire des ailettes 72 présente une base épaisse d'environ 1 mm et une extension radiale d'environ 4 mm.
Des entretoises 75 relient les tuyaux 67, 69 selon les côtés des mailles 73 du réseau. Chaque entretoise 75 comporte deux bords longitudinaux 77 fixés sur deux des tuyaux 67, 69.
Les entretoises 75 présentent par exemple la longueur L1 selon la direction longitudinale L, une largeur de 28 mm entre deux tuyaux 67, 69, et une épaisseur de 3 mm. Les entretoises 75 sont en aluminium ou en cuivre.
Les entretoises horizontales 75 sont formées de deux demi-entretoises 75A et 75B fixées l'une dans le prolongement de l'autre pendant le montage de l'échangeur de chaleur 17 grâce à un système 75C d'engravures mâle-femelle.
Les tuyaux 67, 69 situés au voisinage de l'enveloppe externe 55 sont reliés à l'enveloppe externe 55 par des entretoises 79 suivant les côtés des mailles 73 du réseau.
Les entretoises 75, 79 comportent avantageusement un bord profilé 80 situé du côté amont de l'échangeur de chaleur 17, afin de réduire les pertes de charge dans l'air à l'endroit où l'air se divise sur les entretoises 75, 79.
Les tuyaux 67, 69 et les ailettes 75, 79 définissent pour l'air des couloirs de circulation longitudinaux 81 . Les couloirs de circulation 81 sont, dans l'exemple représenté, au nombre de 77 x 77. Les couloirs de circulation 81 présentent une largeur L2 selon la direction transversale T d'environ 44 mm et ont une hauteur H d'environ 44 mm. Avantageusement, les couloirs de circulation 81 présentent une enveloppe latérale en tous points sensiblement parallèle à la direction longitudinale L.
Comme visible sur les Figures 5 et 8, l'ensemble 63 de distribution du fluide 9 se situe longitudinalement en amont de l'ensemble d'échange 61 . L'ensemble 63 de distribution du fluide 9 comprend des collecteurs d'entrée 83 connectés à la canalisation 7 alimentant la ligne de production 3A en fluide 9, et des tuyaux de distribution 85 reliant les collecteurs d'entrée 83 à chaque tuyaux à co-courant 67 de l'ensemble d'échange 61 .
Les collecteurs d'entrée 83 sont, dans l'exemple représenté, au nombre de trente- huit. Les collecteurs d'entrée 83 s'étendent sensiblement dans des plans horizontaux P1 . Les collecteurs d'entrée 83 sont orientés sensiblement horizontalement selon une direction D1 formant un angle d'environ 45° avec la direction longitudinale L. Chaque collecteur d'entrée 83 comporte une entrée 86 de fluide 9, et une extrémité 87 opposée à l'entrée 86 selon la direction D1 .
L'extrémité 87 est plus proche des tuyaux d'échange 65 que l'entrée 86 et située longitudinalement plus en aval que l'entrée 85. En outre, chaque collecteur d'entrée 83 définit, de l'entrée 86 à l'extrémité 87, des sections de passage perpendiculairement à la direction D1 ayant une aire se réduisant proportionnellement en fonction de la distance selon la direction D1 . En d'autres termes, l'aire d'une section de passage 89 se situant à une distance d de l'extrémité 87 a une aire sensiblement proportionnelle à la distance d.
Les tuyaux de distribution 85 s'étendent dans les trente-huit plans P1 et sont au nombre de trente-huit dans chaque plan P1 . Chaque tuyau de distribution 85 comporte une première portion 91 transversale, et une seconde portion 93 longitudinale séparée de la première portion 91 par un coude à environ 90°.
Les premières portions 91 de tous les tuyaux de distribution 85 d'un des plans P1 sont connectées à intervalles réguliers selon la direction longitudinale L au collecteur d'entrée 83 s'étendant dans le plan P1 en question. Les premières portions 91 sont avantageusement profilées aérodynamiquement selon la direction longitudinale L pour réduire les pertes de charge de l'air dans l'échangeur de chaleur 17.
Les secondes portions 93 sont connectées aux tuyaux à co-courant 67 du plan P1 en question.
L'ensemble collecteur 64 du fluide refroidi 13 présente une structure analogue à celle de l'ensemble 63 de distribution du fluide 9. L'ensemble collecteur 64 ne sera pas décrit en détail. L'ensemble collecteur 64 (Figure 5) comprend des collecteurs de sortie 95 s'étendant sensiblement dans des plans horizontaux P2 et orientés selon une direction D2, au nombre de trente-huit, et des tuyaux collecteurs 97 pour collecter le fluide refroidi 13 en provenance des tuyaux à contre-courant 69.
Les collecteurs de sortie 95 comportent une sortie 99 pour le fluide refroidi 13 et une extrémité 101 . Chaque collecteur de sortie 95 définit, de l'extrémité 101 à la sortie 99, des sections de passage du fluide refroidi 13 perpendiculairement à la direction D2 ayant une aire augmentant proportionnellement avec la distance selon la direction D2.
Selon un mode de réalisation alternatif, les collecteurs d'entrée 83 et les collecteurs de sortie 95 sont remplacés par un collecteur unique d'entrée et un collecteur unique de sortie (non représentés), tous deux avantageusement en forme de dièdre.
Le premier conduit intermédiaire 19 comporte une enveloppe 103 située dans le prolongement de l'enveloppe 55 de l'échangeur de chaleur 17.
L'enveloppe 103 définit une entrée 105 du premier conduit intermédiaire 19 correspondant à la sortie 59 de section carrée de l'échangeur de chaleur 17, et une sortie 107 située en entrée de la turbine 21 et de section sensiblement circulaire. L'enveloppe 103 possède avantageusement une forme aérodynamique permettant de passer de la forme carrée de l'entrée 105 à la forme sensiblement circulaire de la sortie 107.
L'enveloppe 103 est de forme sensiblement convergente. L'enveloppe 103 est propre à augmenter la vitesse de l'air entre l'entrée 105 et la sortie 107 d'un facteur d'environ trois, par exemple d'environ 64 m/s à environ 210 m/s.
La turbine 21 se situe à un col de la ligne de production 3A, c'est-à-dire à l'endroit présentant la section de passage de l'air la plus petite.
La turbine 21 peut comprendre un ou plusieurs étages, comportant par exemple un stator 109, un rotor 1 1 1 , et un arbre 1 13 reliant mécaniquement le rotor 1 1 1 au générateur d'électricité 25.
Le second conduit intermédiaire 23 comporte une enveloppe externe 1 15, une enveloppe interne 1 17 en forme de goutte, et une section de sortie 1 19 par laquelle le second conduit intermédiaire débouche dans la cheminée 5.
L'enveloppe interne 1 17 entoure le générateur d'électricité 25 et divise le flux d'air sortant de la turbine 21 autour du générateur d'électricité 25.
La section de sortie 1 19 est sensiblement horizontale.
L'enveloppe externe 1 15 et l'enveloppe interne 1 17 définissent un passage 121 sensiblement divergent pour l'air. L'enveloppe externe 1 15 et l'enveloppe interne 1 17 possèdent une forme générale avantageusement aérodynamique pour réduire les pertes de charge dans l'air. La forme générale de l'enveloppe externe 1 15 est incurvée vers le haut du côté de la section de sortie 1 19 pour faire passer l'air d'une circulation horizontale à une circulation sensiblement verticale.
Le passage 121 est propre à réduire la vitesse de l'air entre la sortie de la turbine 21 et la section de sortie 1 19 du second conduit intermédiaire 23 d'un facteur d'environ 2.
La cheminée 5 comprend une embase 123 fixée dans le sol et une partie tronconique 125 fixée sur l'embase 123.
La cheminée 5 présente une hauteur comprise entre 10 m et 200 m.
L'embase 123 comprend six secteurs 127A à 127F (Figure 3) disposés angulairement autour d'un axe vertical V, et un bulbe 129 situé entre les six secteurs 127A à 127F.
Chaque secteur 127A à 127F reçoit le second conduit intermédiaire 23 de la ligne de production 3A à 3F correspondante.
La partie tronconique 125 est divergente vers le haut. Par exemple, son diamètre inférieur est de 7 m environ et son diamètre supérieur est de 21 m environ. La partie tronconique 125 est avantageusement sensiblement adiabatique. Par exemple, la partie tronconique 125 est en fibres de carbone.
Le fonctionnement de l'installation 1 va maintenant être décrit. Le fonctionnement des lignes de production 3A à 3F étant analogue, seul le fonctionnement de la ligne de production 3A sera décrit.
Le fluide 9, dans l'exemple de l'eau, arrive à la ligne de production 3A par la canalisation 7 (Figures 1 , 3 et 5) en provenance de la centrale thermique (non représentée). Le fluide 9 provient par exemple d'un ou plusieurs condenseurs (non représentés) et a une température de 54 °C environ.
Le fluide 9 pénètre dans le système de distribution 63 de l'échangeur de chaleur 17 (Figure 5). Le fluide 9 arrive d'abord dans les trente-huit collecteurs d'entrée 83, dans lesquels il circule depuis l'entrée 86 vers l'extrémité 87 selon la direction D1 . Le fluide 9 se répartit alors dans les premières portions 91 (Figure 8) des tuyaux de distribution 85. Grâce au fait que la section de passage 89 des collecteurs d'entrée 83 est sensiblement proportionnelle à la distance d, le fluide 9 circule sensiblement à la même vitesse dans toutes les premières portions 91 des tuyaux de distribution 85.
Le fluide 9 parcourt les secondes portions 93 des tuyaux de distribution 85 et entre dans les tuyaux à co-courant 67 des tuyaux d'échange 65 (Figures 6 et 8). Le fluide 9 circule alors longitudinalement selon les plans P1 et à co-courant avec l'air circulant dans l'échangeur de chaleur 17. Arrivé au niveau de la sortie d'air 59 de l'échangeur de chaleur 17, le fluide 9 emprunte les tuyaux de connexion 71 et entre dans les tuyaux à contre- courant 69. Le fluide 9 circule alors longitudinalement selon les plans P2 à contre-courant avec l'air circulant dans l'échangeur de chaleur 17.
Le fluide 9 cède de la chaleur à l'air circulant dans l'échangeur de chaleur 17 et devient le fluide refroidi 13.
Les entretoises 75, 79 et les ailettes 72 assurent un bon contact thermique entre le fluide 9 et l'air circulant dans l'échangeur de chaleur 17. Chaque tuyau 67, 69 permet de transférer environ 5 kW de puissance thermique. Les tuyaux 67, 69 étant au nombre de 76 x 76, soit 5776, la puissance thermique totale transférée à l'air par la ligne de production 3A est d'environ 29 MW. Pour l'installation 1 , comportant les six lignes de production 3A à 3F, la puissance thermique transférée à l'air par les échangeurs de chaleurs 17 est donc de 174 MW environ.
En sortie des tuyaux à contre-courant 69, le fluide refroidi 13 est environ à 33 'Ό. Le fluide refroidi 13 pénètre ensuite dans l'ensemble collecteur 64 (Figure 5). Le fluide refroidi 13 parcourt les tuyaux collecteurs 97 et arrive dans les collecteurs de sortie 95. Le fluide refroidi 13 circule dans les collecteurs de sortie 95 depuis l'extrémité 101 jusqu'à la sortie 99 selon la direction D2.
Grâce au fait que les collecteurs de sortie 95 possèdent une section de passage dont l'aire augmente proportionnellement avec la distance, le fluide refroidi 13 circule sensiblement à la même vitesse dans les tuyaux collecteurs 97.
Les tuyaux de distribution 85 et les tuyaux collecteurs 97 traversent l'enveloppe 55 de l'échangeur de chaleur 17. La contrainte d'étanchéité à l'air et à l'eau de l'échangeur de chaleur 17 est plus simple à satisfaire du fait que l'ensemble de distribution 63 et l'ensemble collecteur 64 sont situés en amont de l'ensemble d'échange 61 . La dépression à l'intérieur de l'échangeur 17 est la plus faible en amont de l'ensemble d'échange 61 .
Le fluide refroidi 13 sortant des collecteurs de sortie 95 est enfin retourné à la centrale thermique par la canalisation 1 1 (Figures 1 , 3 et 5).
L'air extérieur 27 entre dans le conduit d'admission 15 (Figures 2 à 5) par la surface de passage 33. Au niveau de la surface de passage 33, l'air possède une vitesse d'environ 25 m/s. L'air entré dans le conduit d'admission 15 emprunte les passages convergents 51 A à 51 E et sort par la surface de passage 35.
La surface de passage 35 est aussi l'entrée d'air 57 dans l'échangeur de chaleur 17. Au niveau de la surface de passage 35, l'air 29 entrant dans l'échangeur de chaleur 17 possède une vitesse d'environ 64 m/s. La vitesse de l'air est multipliée par environ 2,5 entre la surface de passage 33 et la surface de passage 35 du conduit d'admission 15.
La température de l'air baisse d'environ Ι Ο 'Ό entre la surface de passage 33 et la surface de passage 35, ce qui améliore l'efficacité thermique de l'échangeur de chaleur 17.
En outre, grâce à l'orientation longitudinale des portions aval 45, 47, et 53A à 53D du conduit d'admission 15, l'air entre dans l'échangeur de chaleur 17 au niveau de la surface de passage 35 sensiblement parallèlement à la direction longitudinale L.
L'air entré dans l'échangeur de chaleur 17 passe entre les tuyaux 85, 97 de l'ensemble de distribution 63 et de l'ensemble collecteur 64. L'air entre ensuite dans les couloirs de circulation longitudinaux 81 (Figures 6 et 7) dans lesquels il échange de la chaleur avec le fluide 9. La température de l'air augmente d'environ 34 <Ό durant cet échange. L'enthalpie de l'air, entre l'entrée 57 et la sortie 59 de l'échangeur de chaleur 17, augmente de 34 kJ/kg environ.
Grâce à la conformation de l'échangeur de chaleur 17, l'air traverse l'échangeur de chaleur 17 avec une perte de charge réduite, avantageusement inférieure à environ 1 1 kPa. La vitesse de l'air dans l'échangeur de chaleur 17 accroît considérablement l'échange de chaleur entre le fluide 9 et l'air. En effet, l'échange thermique est normalement plus faible entre un liquide tel que l'eau et un gaz tel que l'air. Grâce à la vitesse de l'air dans l'échangeur de chaleur 17, l'échange de chaleur est comparable à celui existant entre deux liquides.
L'air chauffé sortant de l'échangeur de chaleur 17 entre dans le premier conduit intermédiaire 19 (Figures 3 et 4). Entre l'entrée 105 et la sortie 107 du premier conduit intermédiaire 19, la vitesse de l'air est multipliée par trois environ. Dans l'exemple représenté, elle passe de 64 m/s environ à 210 m/s environ.
L'air entre donc dans la turbine 21 à environ 210 m/s et cède une partie de son énergie à la turbine 21 . L'énergie cédée est récupérée sous forme d'énergie mécanique sur l'arbre 1 13 et transformée en énergie électrique par le générateur d'électricité 25. La production d'électricité de l'installation 1 est d'environ 16 MW.
La centrale thermique produisant environ 174 MW d'électricité, la puissance électrique de 16 MW produite par l'installation 1 représente un gain de production d'environ 9%. Selon les conditions opératoires, le gain de production électrique va jusqu'à 25%.
En outre, il n'y a pas d'émission de C02 supplémentaire liée à ce gain de production. De plus, l'installation 1 permet à la centrale thermique de se passer de l'eau d'une rivière en tant que source froide. L'air extérieur 27 joue en effet le rôle de source froide.
L'air, après son passage dans la turbine 21 , emprunte le second conduit intermédiaire 23. En passant sur l'enveloppe interne 1 17, l'air récupère la chaleur produite par le générateur d'électricité 25.
Grâce au second conduit intermédiaire 23, l'air passe d'une circulation sensiblement longitudinale à une circulation verticale entre la sortie de la turbine 21 et la section de sortie 1 19 du second conduit intermédiaire 23. Le passage 121 du second conduit intermédiaire 23 étant divergent, la vitesse de l'air est réduite entre la sortie de la turbine 21 et la section de sortie 1 19. La vitesse de l'air est par exemple de 96 m/s environ à l'entrée de la cheminée 5.
En sortie de la partie tronconique 125 de la cheminée 5, l'air a une vitesse réduite par rapport à la vitesse en entrée de la partie tronconique. La vitesse en sortie de la partie tronconique 125 est par exemple d'environ 1 1 m/s. La pression de l'air en sortie de la partie tronconique 125 est sensiblement égale à la pression atmosphérique à 200 m d'altitude. Le fonctionnement expliqué ci-dessus correspond à un régime permanent de l'installation 1 , lorsque l'air a atteint les vitesses élevées mentionnées ci-dessus. Afin de démarrer les lignes de production 3A à 3F, les turbines 21 sont mises en marche en apportant de l'énergie électrique aux générateurs 25 qui fonctionnent alors comme des moteurs d'entraînement des turbines 21 .
Ensuite, le fluide 9 en provenance de la centrale thermique est mis en circulation dans les échangeurs de chaleur 17. L'énergie cinétique de l'air traversant chaque turbine 21 augmente progressivement. Les générateurs 25 cessent alors d'entraîner les turbines 21 qui sont entraînées par la circulation d'air.
On va maintenant décrire une méthode avantageuse pour construire l'installation 1 , plus spécifiquement l'échangeur de chaleur 17.
Pour fabriquer l'échangeur de chaleur 17, on réalise d'abord par soudage des panneaux verticaux 127 rigides (Figure 8) comportant les tuyaux d'échange 65 en « U » et les entretoises 75, 79 verticales qui sont destinés à être situés sensiblement dans un même plan longitudinal vertical de l'échangeur de chaleur 17.
Puis, pour chaque panneau 127, les demi-entroises 75A, 75B horizontales destinées à être situées de part et d'autre d'un des panneaux 127 transversalement sont soudées sur les panneaux 127 pour obtenir des panneaux complets 129.
Ensuite, les panneaux complets 129, au nombre de soixante-seize dans l'exemple représenté, sont soudés les uns sur les autres le long des engravures 75C des demi- entretoises 75A, 75B. L'assemblage des panneaux complets 129 est par exemple renforcé par des cerclages en aluminium (non représentés) s'étendant dans des plans transversaux, répartis sur la longueur de l'échangeur de chaleur 17.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, l'installation 1 utilise la chaleur présente dans le fluide 9 pour produire environ 16 MW d'électricité. Des calculs montrent que, pour une emprise au sol comparable, l'énergie fournie par l'installation 1 est environ 4120 fois plus importante que celle de la cheminée de Manzanarès. La hauteur de la cheminée 5 n'est en outre pas plus importante que celle de la cheminée de Manzanarès.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, l'installation 1 est donc beaucoup plus performante que les installations de l'art antérieur précitées.
En variante (non représentée), l'installation 1 est dépourvue de générateur d'électricité. L'énergie mécanique récupérée sur les arbres 1 13 est alors utilisée directement, par exemple au moyen d'un circuit hydraulique pour tout usage. Applications industrielles.
La présente invention permet d'accroître la production d'électricité de toute centrale thermique à partir de la chaleur rejetée dans l'environnement, sans aucun carburant supplémentaire, en ne produisant aucun déchet industriel ni aucun effet de serre supplémentaire, et en ne puisant pas l'eau douce des rivières, qui constitue la source froide traditionnelle des centrales thermiques.
Sur le plan écologique, l'invention permet d'une part de préserver l'eau douce naturelle en évitant qu'elle ne soit évaporée dans un processus industriel, et d'autre part d'éviter de rejeter des effluents chauds dans les rivières occasionnant des perturbations dans le milieu naturel. L'invention permet également d'accroître la production d'électricité garantie sans aucune émission de C02.
Sur le plan industriel, l'invention permet d'accroître la production nette d'électricité de toute centrale thermique de 10% à 25%, sans utiliser de combustible additionnel, pour un coût d'investissement par kW équivalent à celui d'une centrale au gaz.
Informations complémentaires.
Le fluide 9 caloporteur, par exemple de l'eau, circule avantageusement en circuit fermé. L'air ambiant joue le rôle de source froide pour la centrale thermique à laquelle l'installation 1 est raccordée. Ceci permet de construire avantageusement l'installation 1 dans un endroit sensiblement dépourvu de ressources en eau.
L'installation 1 permet de récupérer la chaleur dégagée par une centrale thermique. La récupération est réalisée par l'intermédiaire d'un liquide caloporteur, typiquement de l'eau, grâce à un passage à haute vitesse de l'air dans l'échangeur de chaleur 17. La température de l'air est ainsi diminuée du fait de l'augmentation de la vitesse de l'air (conservation de l'énergie), permettant ainsi un meilleur transfert de chaleur entre le fluide caloporteur et l'air en transit dans l'échangeur de chaleur.
Comme visible sur la figure 5, chacun des guides de flux 45A à 45D présente sensiblement un profil de forme parabolique. Avantageusement, il en va de même pour les parois latérales 41 , 43.
Les guides de flux 45A, 45B et la paroi 41 ont des formes transversalement opposées aux guides de flux 45C, 45D et à la paroi 43. Par exemple, les guides de flux 45A, 45B et la paroi 41 sont sensiblement symétriques des guides de flux 45C, 45D et de la paroi 43 par rapport à un plan P parallèle à la direction longitudinale L. Le plan P est par exemple un plan médian de l'échangeur de chaleur 17, avantageusement sensiblement vertical.
La forme en éventail sensiblement parabolique et convergent du conduit d'admission 15 permet de réduire très sensiblement les pertes de charge dans l'air.
Le conduit d'admission 15 est muni de guides de flux en forme de faisceau de paraboles. Ceci permet une réduction de la section de passage de l'air entrant sur une distance très réduite par rapport à un conduit d'admission circulaire autour de la cheminée 5 telle qu'une serre disposée circulairement autour de la cheminée.
Les expériences de laboratoire menées par les inventeurs, ainsi que des calculs ont montré que le conduit d'admission 15 en forme de faisceau de paraboles réduit encore plus les pertes de charge. En effet, le fluide en sortie de faisceau, sur toute la largeur du conduit d'admission, se déplace sensiblement parallèlement à la direction longitudinale L. Ceci élimine ou réduit fortement la formation de tourbillons générateurs de perte de charge.
Le conduit d'admission 15 selon l'invention met en œuvre une surface au sol réduite par rapport au cas d'une admission d'air radiale. Dans l'exemple, la réduction est d'environ 38%.
Ainsi, l'installation 1 a une emprise au sol plus faible que celle qui serait nécessaire pour un conduit d'admission en forme de serre circulaire.
Par ailleurs l'installation 1 occupe une surface au sol 3643 m2 (diamètre de 68 m) pour générer 16 MW, soit un ratio de production de 4,39 kW/m2. A titre de comparaison, la tour solaire (en anglais Solar tower) de Manzanares occupait une surface au sol de 46 760 m2 (diamètre de 244 m) pour produire 50 kW, soit un ratio de 0,00107 kW/m2. L'installation 1 selon l'invention est donc environ 4 000 fois plus efficace que la Solartower de Manzanares et autres dispositifs analogues, en termes d'emprise au sol nécessaire.
D'autre part, le conduit d'admission 15 permet d'accélérer l'air jusqu'à une vitesse élevée en entrée de l'échangeur de chaleur 17. La serre circulaire est un exemple de conduit d'échange de chaleur linéairement convergent et peu efficace par rapport à la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Installation (1 ) pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide (9) à une température supérieure à la température ambiante, l'installation (1 ) comportant successivement :
- au moins un échangeur de chaleur air-fluide (17) pour recevoir au moins une partie du fluide (9) et transférer de la chaleur du fluide (9) reçu à de l'air (29) entrant dans l'échangeur de chaleur (17), afin d'obtenir de l'air chauffé et du fluide refroidi (13), l'échangeur de chaleur (17) définissant une direction longitudinale (L) de circulation de l'air dans l'échangeur de chaleur (17),
- au moins une turbine (21 ) pour détendre l'air chauffé et obtenir de l'air détendu et l'énergie mécanique ou électrique,
- au moins un premier conduit intermédiaire (19) pour acheminer l'air chauffé de l'échangeur de chaleur (17) jusqu'à la turbine (21 ), et
- une cheminée (5), de préférence divergente, pour recevoir l'air détendu et le mettre à l'atmosphère,
caractérisée en ce que l'installation (1 ) comprend au moins un conduit d'admission (15) sensiblement convergent pour prélever de l'air extérieur (27) et délivrer à l'échangeur de chaleur (17) au moins une fraction de l'air entrant (29), et un second conduit intermédiaire (23) pour acheminer l'air détendu de la turbine (21 ) à la cheminée (5).
2. - Installation (1 ) selon la revendication 1 , caractérisée en ce que le conduit d'admission (15) définit en entrée une surface (33) de passage de l'air extérieur (27) et en sortie une surface (35) de passage de l'air vers l'échangeur de chaleur (17), le rapport obtenu en divisant l'aire de la surface (33) de passage en entrée par l'aire de la surface (35) de passage en sortie étant compris entre 2 et 3, de préférence entre 2,3 et 2,7.
3. - Installation (1 ) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le conduit d'admission (15) comprend :
- une enveloppe latérale (31 ) comportant une paroi supérieure (37) et une paroi inférieure (39) sensiblement planes et parallèles entre elles, et deux parois latérales (41 , 43) s'étendant chacune entre la paroi supérieure (37) et la paroi inférieure (39), et
- une pluralité de guides de flux (45A, 45B, 45C, 45D) répartis transversalement entre les deux parois latérales (41 , 43) et définissant pour l'air extérieur (27) une pluralité de passages (51 A, 53B, 530, 53D, 53E) sensiblement convergents, chacun des guides de flux (45A, 45B, 450, 45D) et chacune des deux parois latérales (41 , 43) comportant une portion aval (47A, 47B, 47C, 47D, 47, 49) s'orientant sensiblement selon la direction longitudinale (L).
4. - Installation (1 ) selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun des guides de flux (45A, 45B, 45C, 45D), et de préférence aussi chacune des parois latérales (41 , 43), présente un profil sensiblement parabolique.
5. - Installation (1 ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (17) comprend des tuyaux (67, 69) sensiblement parallèles à la direction longitudinale (L) pour faire circuler le fluide (9) dans une zone d'échange thermique (62) de l'échangeur de chaleur (17).
6. - Installation (1 ) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (17) comprend une entrée d'air (57) située longitudinalement du côté du conduit d'admission (15), une sortie d'air (59) située longitudinalement du côté opposé à l'entrée d'air (57), chacun des tuyaux (67, 69) étant connecté fluidiquement à un autre des tuyaux (67, 69) pour former une pluralité de tuyaux en « U » (65), chaque tuyau en « U » (65) comportant une entrée destinée à admettre une fraction du fluide (9) et une sortie destinée à évacuer une fraction du fluide refroidi (13), tous les tuyaux en « U » (65) étant orientés de manière à ce que les entrées et les sorties des tuyaux en « U » pointent longitudinalement vers l'un de l'entrée d'air (57) et de la sortie d'air (59) de l'échangeur de chaleur (17), de préférence vers l'entrée d'air (57) de l'échangeur de chaleur (17).
7. - Installation (1 ) selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les tuyaux (67, 69) sont agencés aux nœuds d'un réseau à mailles (73) rectangulaires, l'échangeur de chaleur (17) comportant des entretoises métalliques (75) reliant les tuyaux (67, 69) les uns aux autres selon les côtés des mailles (73) du réseau, chacune des entretoises (75) comportant deux bords longitudinaux (77) fixés sur les tuyaux (67, 69), les entretoises (75) et les tuyaux (67, 69) définissant dans l'échangeur de chaleur (17) des couloirs (81 ) de circulation d'air longitudinaux.
8. - Installation (1 ) selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (17) comprend un ensemble (63) de distribution du fluide (9) et un ensemble collecteur (64) du fluide refroidi (13), l'ensemble de distribution (63) comportant au moins un collecteur d'entrée (83) et des tuyaux de distribution (85) connectés à intervalles réguliers sur le collecteur d'entrée (83) selon une direction (D1 ) de circulation du fluide (9) dans le collecteur d'entrée (83), l'ensemble collecteur (64) comportant au moins un collecteur de sortie (95) et des tuyaux collecteurs (97) connectés à intervalles réguliers sur le collecteur de sortie (95) selon une direction (D2) de circulation du fluide refroidi (13) dans le collecteur de sortie (95), le collecteur d'entrée (83) présentant une section transversale (89) de passage du fluide (9) se rétrécissant jusqu'à une extrémité (87) du collecteur d'entrée (83) dans le sens de circulation du fluide, la section de passage (89) ayant une aire augmentant proportionnellement à la distance (d) entre la section de passage (89) et l'extrémité (87) du collecteur d'entrée (83), le collecteur de sortie (95) présentant une section de passage augmentant selon la direction (D2) de circulation du fluide refroidi (13) dans le collecteur de sortie (95) à partir d'une extrémité (101 ) du collecteur de sortie (95), la section de passage du collecteur de sortie (95) ayant une aire augmentant proportionnellement à la distance entre la section de passage du collecteur de sortie (95) et l'extrémité (101 ) du collecteur de sortie (95).
9. - Procédé de production d'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide (9) à une température supérieure à la température ambiante, le procédé comportant au moins les étapes suivantes :
- transfert de chaleur dans au moins un échangeur de chaleur air-fluide (17) d'au moins une partie du fluide (9) vers de l'air (29) entrant dans l'échangeur de chaleur (17) pour obtenir de l'air chauffé et du fluide refroidi (13), l'échangeur de chaleur (17) définissant une direction longitudinale (L) de circulation de l'air dans l'échangeur de chaleur (17),
- acheminement par un premier conduit intermédiaire (19) de l'air chauffé de l'échangeur de chaleur (17) à au moins une turbine (21 ),
- détente de l'air chauffé dans la turbine (21 ) pour obtenir de l'air détendu et l'énergie mécanique ou électrique, et
- mise à l'atmosphère de l'air détendu par une cheminée (5), de préférence divergente,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :
- prélèvement d'air extérieur (27) par au moins un conduit d'admission (15) sensiblement convergent et livraison de l'air prélevé à l'échangeur de chaleur (17), l'air délivré par le conduit d'admission (15) fournissant au moins une fraction de l'air entrant (29), et
- acheminement par un second conduit intermédiaire (23) de l'air détendu de la turbine (21 ) à une cheminée (5).
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le premier conduit intermédiaire (19) est sensiblement convergent et propre à accélérer l'air acheminé à la turbine (21 ) à une vitesse en sortie (107) du premier conduit intermédiaire (19) comprise entre 150 m/s et 250 m/s, de préférence égale à environ 210 m/s.
1 1 . Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le conduit d'admission (15) est propre à accélérer l'air à une vitesse en sortie du conduit d'admission (15) comprise entre 50 m/s et 100 m/s, de préférence égale à environ 64 m/s.
PCT/EP2014/051040 2013-01-18 2014-01-20 Installation et procédé pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante WO2014111577A2 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1350463A FR3001254B1 (fr) 2013-01-18 2013-01-18 Installation et procede pour produire de l'energie mecanique ou electrique a partir d'un fluide a temperature superieure a la temperature ambiante
FR1350463 2013-01-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2014111577A2 true WO2014111577A2 (fr) 2014-07-24
WO2014111577A3 WO2014111577A3 (fr) 2015-01-22

Family

ID=48170678

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/051040 WO2014111577A2 (fr) 2013-01-18 2014-01-20 Installation et procédé pour produire de l'énergie mécanique ou électrique à partir d'un fluide à température supérieure à la température ambiante

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3001254B1 (fr)
WO (1) WO2014111577A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2531079A (en) * 2014-10-12 2016-04-13 Alexander Courtney William A heat engine inside a mechanical engine

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105484943B (zh) * 2015-12-23 2018-03-27 上海旗升电气股份有限公司 一种实现旋转设备作业现场的仪器仪表持续供电的装置
EP3839397A1 (fr) * 2019-12-20 2021-06-23 Fores Engineering Srl Procédé et dispositif de refroidissement de gaz chauds

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821659A1 (de) 1998-05-14 1999-11-18 Refit Ev Aufwindkraftwerk
FR2903740B1 (fr) 2006-07-17 2009-02-20 Marc Raynal Dispositif de production d'energie mecanique au moyen d'une cheminee divergente telescopique et auto-sustentee.

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2348099A (en) * 1942-09-11 1944-05-02 Petro Chem Process Company Inc Furnace construction
ES2166663B1 (es) * 1999-05-20 2003-12-01 Tryp Multiserv S L Torre de conversion ciclonica o anticiclonica.
US7511387B2 (en) * 2003-10-04 2009-03-31 Mehdi Fakhrai Method and apparatus for producing energy using air pressure differential
EP2015017A1 (fr) * 2007-07-12 2009-01-14 Hexion Specialty Chemicals Research Belgium S.A. Échangeur de chaleur

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821659A1 (de) 1998-05-14 1999-11-18 Refit Ev Aufwindkraftwerk
FR2903740B1 (fr) 2006-07-17 2009-02-20 Marc Raynal Dispositif de production d'energie mecanique au moyen d'une cheminee divergente telescopique et auto-sustentee.

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2531079A (en) * 2014-10-12 2016-04-13 Alexander Courtney William A heat engine inside a mechanical engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014111577A3 (fr) 2015-01-22
FR3001254B1 (fr) 2016-08-26
FR3001254A1 (fr) 2014-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1741927A1 (fr) Générateur d&#39;énergie à cheminée solaire
EP1778975B1 (fr) Tour aerogeneratrice
RU2583168C2 (ru) Способ генерации электроэнергии на основе накопления энергии, использующий природную энергию, и система генерации электроэнергии
AU2007280978B2 (en) Ducted atmospheric vortex engine
EP2577181B1 (fr) Module pour absorbeur thermique de recepteur solaire, absorbeur comportant au moins un tel module et recepteur comportant au moins un tel absorbeur
EP2952703B1 (fr) Dispositif de conversion d&#39;énergie thermique en énergie mécanique
FR2941038A1 (fr) Concentrateur solaire statique optimal forme en spirale et muni de miroirs
EP2396606B1 (fr) Ensemble de caloducs pour capteurs solaires
EP2396607A2 (fr) Capteur solaire, et installation de génération d&#39;énergie électrique comportant de tels capteurs solaires
WO2014111577A2 (fr) Installation et procédé pour produire de l&#39;énergie mécanique ou électrique à partir d&#39;un fluide à température supérieure à la température ambiante
FR2976980A1 (fr) Boite de vitesse a vent
FR2999830B1 (fr) Element de traitement d&#39;un rayonnement solaire ameliore ainsi qu&#39;un suiveur solaire et une centrale solaire equipee d&#39;un tel element
EP2855861B1 (fr) Couplage de turbopompe pour sels fondus
FR2504666A1 (fr) Tour de refroidissement notamment pour centrale electrique
FR2725501A3 (fr) Systeme de generateurs d&#39;energie aero-solaires modulables
FR3025593A1 (fr) La tour solaire hydroelectrique a concentration ponctuelle
EP3814611B1 (fr) Procédé et dispositif de conversion d&#39;énergie thermique
FR2954478A1 (fr) Systeme eolien multi turbines pour la production d&#39;eau et d&#39;energie
FR2941445A1 (fr) Systeme de production d&#39;eau
FR2954475A1 (fr) Systeme eolien pour la production de froid et d&#39;energie
FR2954268A1 (fr) Barge comportant un dispositif eolien multi turbines pour la production d&#39;energie et d&#39;eau
FR2973450A1 (fr) Unite de production d&#39;energie renouvelable.
FR3117539A1 (fr) Centrale thermique autonome a production electrique
FR3037920A1 (fr) Structure porteuse d&#39;un systeme eolien comportant une pluralite d&#39;elements de production d&#39;energie, et/ou de froid et/ou d&#39;eau, et systeme eolien comprenant une telle structure
WO2016042278A1 (fr) Installation pour le déplacement vertical d&#39;une masse d&#39;air

Legal Events

Date Code Title Description
122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14700927

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2