Présentation d’un cycle thermomécanique innovant mettant en œuvre des écoulements pulsés de fluide organique destiné à la récupération de chaleur fatale basse température

Les chaleurs fatales rejetées par les process humains, qu’ils soient industriels ou destinés à la production d’énergie, représentent des puits d’énergie qui sont aujourd’hui sous-exploités. Les technologies actuelles d’ORC (Cycle Organique de Rankine) permettent la valorisation de chaleurs dont les températures sont supérieures à 150∘C mais peinent à trouver leur rentabilité sur des températures inférieures.

C’est dans ce contexte que la société ENTENT développe le moteur PULSE, destiné à la valorisation de chaleur fatale de très basse température (60 à 150∘C). Le moteur PULSE est basé sur un cycle thermodynamique innovant dérivé des Cycles Organiques de Rankine. Cet article présente la théorisation de ce cycle thermodynamique qui met en œuvre des écoulements diphasiques instationnaires pulsés et compressible de fluide organique à la pression de vapeur saturante.

En comparaison avec les systèmes ORC, l’architecture du moteur PULSE présente notamment plusieurs particularités :

- L’absence de pompe mécanique pour réaliser la compression du fluide de travail. Cette compression est assurée par un système thermo-gravitaire.

- L’utilisation d’un expanseur à piston de type 2 temps. Ce type d’expanseur est inhérent à l’aspect pulsé caractéristique du système.

- L’évaporation flash réalisée dynamiquement en amont de l’expanseur. Ce type de processus permet d’améliorer considérablement la captation d’énergie au niveau de la source chaude.

Ce cycle présente de nombreux degrés de libertés et de nombreuses rétroactions entre ses différents composants, cela le rend complexe à simuler. En effet, il n’est pas envisageable de dissocier les composants en éléments primaires et de les caractériser individuellement.

C’est pourquoi un code de simulation 0D quasi stationnaire a été développé sous MATLAB. Ce code est basé sur des bilans, discrétisés en 8 steps temporels par cycle, de conservation de masses, d’énergie et de volume des différentes phases (un volume de contrôle par phase) du fluide de travail.

Cet article présentera une architecture simplifiée du système basée sur ce cycle. Puis développera le modèle d’équations mis en jeux par la simulation. Enfin, une ouverture permettant de suivre dans chaque composants les évolutions temporelles du cycle thermodynamique en 3 dimensions sera proposée.

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