Brevet FR2268154A1 — publié le 19751114

La présente invention se rapporte, a d'une façon générale, à des moyens d'entrainement et elle vise plus spécialement des moyens d'entrainement pour la propulsion de véhicules tels que des automobiles, des fourgons ou des camions. Les moyens d'entrainement connus servant à la propulsion de véhicules tels que les automobiles, les autobus ou les camions consistent en un moteur à combustion interne d'un certain type qui envoie dans l'atmosphère des gaz d'échappement plus ou moins purifiés. Pour diminuer le dégagement des gaz d'échappement ou même le supprimer, on a conçu des moyens d'entrainement mixtes1 ctest-à- dire des combinaisons de moteurs électriques et de moteurs à combustion interne, le moteur électrique étant destiné à servir dans les zones fortement peuplées, ou encore des entrainements entièrement électriques.Une restriction importante à l'emploi de moyens d'entrainement électriques et, par suite, un inconvénient de ces moyens d'entrainement tiennent au fait que leurs accumulateurs, qui la plupart du temps sont les accumulateurs au plomb d'un type plus ou moins classique , doivent être chargés à des intervalles de temps facheusement brefs, en général tous les 100 kms et au fait qu'il faut beaucoup trop de temps pour les recharger. on a essayé d'augmenter ces intervalles de temps et de raccourcir la durée de recharge, soit en construisant des accumulateurs d'un autre type qui, toutefois, sont comateux et, par suite, ont suscité très peu d'intérêt du point de vue commercial, soit en augmentant le nombre des accumulateurs, ce qui implique à la fois une dépense plus élevée et une nouvelle augmentation du poids d'une installation qui est déjà lourde. Dans le domaine de l'automobile et du transport, on sent donc depuis longtemps le besoin d'avoir des moyens d'entrainement servant à la propulsion de véhicules, permettant aux véhicules de fonctionner sans aucun dégagement de gaz d'échappement, donnant aux véhicules une beaucoup plus grande autonomie allant jusqu'aux environs de 700 à 800 km, et possédant la caractéristique non négligeable de pouvoir titre chargés en très peu de temps, par exemple pas plus d'un quart d'heure, à supposer que l'on utilise une installation de recharge convenable. Un tel besoin est satisfait de façon très habile grace à l'invention qui, au lieu d'utiliser des accumulateurs électriques, fait appel à des accumulateurs de chaleur de fusion, dont la teneur en énergie est utilisée pour commander une machine à détente.De façon plus précise, les moyens d'en trainement selon l'invention comprenent un accumulateur d'énergie, une source interne d'énergie logée dans cet accumulateur et se présentant sous la forme d'une composition caloporteuse qui, alternativement, fond et durcit, une source extérieure d'énergie qui peut être branchée sur l'accumulateur pour fondre la composition caloporteuse qu'il contient, un milieu véhicule de transmission d'énergie, que l'on fait circuler dans l'accumulateur pour qu'il absorbe la chaleur de fusion fournie par la composition caloporteuse, de façon que sa température et sa pression montent, une machine à détente branchée sur cet accumulateur de façon à en recevoir le milieu véhicule et dans laquelle ce milieu véhicule peut se détendre pour la faire marcher, une prise de force constituée par l'arbre de sortie de la machine à détente, et un condenseur relié à cette machine à détente et dans lequel ledit milieu peut se condenser, avant d'être renvoyé dans l'accumulateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins ennexés, et donnant, à titre explicatif, deux formes de réalisation. Sur ces dessins - les figures 1A et 1B représentent, de façon schématique et avec certaines parties en coupe, une première forme de réalisation et, - les figures 2A et 2B représentent, dans les mêmes conditions, une seconde forme de réalisation. tes moyens d'entrainement tels que représentés sur les figures 1A et 1B comportent comme éléments principaux : un accumulateur 1 de chaleur de fusion, un échangeur de chaleur 2, une machine à détente 3, un condenseur -4, deux pompes 5 et 6, un raccord électrique 7 servant à recharger l'accumulateur 1, et un certain nombre de soupapes de commande et de-sflreté qui seront décrites plus en détail ci-après. L'accumulateur 1 de chaleur de fusion se présente sous la forme d'une torpille, et il comporte une entrée 8 et une sortie 9 pour un milieu véhicule 10 échangeur de chaleur, que l'on décrira plus loin. Cet accumulateur comporte une chemise 11 à double paroi, l'intervalle entre les deux parois étant mis sous vide pour assurer l'isolation thermique. De plus, cet accumulateur 1 renferme un récipient 12 qui contient une source d'énergie consistant en une composition caloporteuse 13, c'est-à-dire une composition de grande chaleur spécifique, qui, alternativement, fond et durcit Dans le cas de la forme de réalisation représentée sur les figures 1A et 1B, cette composition est un sel ou un alliage de sels, par exemple l'alliage LiF/MgF2, mais la composition utilisée peut aussi bien être un métal ou un alliage métallique ou même du graphite. Cette composition 13 passe à l'état fondu, grace à une source extérieure d'énergie 14, qui est une source électrique, que lton branche sur l'accumulateur d'énergie 1, par l'intermédiaire du raccord 7, à l'aide d'un fil conducteur 15 qui est, lui-même relié à des spires chauffantes 16, par exemple en alliage " kanthal ", noyées dans la composition 13 et servant à transformer l'énergie électrique en énergie thermique destinée à fondre la composition. Entre le récipient 12 qui contient la composition 13 et celle des parois de la chemise ll qui est la paroi intérieure, subsiste un espace 17 destiné au milieu véhicule échangeur de chaleur 10 qui circule dans l'accumulateur 1. Ce milieu véhicule échangeur est, de préférence, de l'eau et il pénètre dans l'accumulateur 1 par l'admission 8. En circulant autour du récipient l2,cette eau est chauffée par la composition 13 qui lui cède sa chaleur de fusion, à un point tel que cette eau se transforme en vapeur sous forte pression et à température très élevée. Comme l'indiquent les flèches, cette vapeur d'eau quitte l'accumulateur 1 par la sortie 9 et est envoyée, par l'intermediaire d'un tuyau 18, dans l'échan- geur de chaleur 2. L'échangeur dechaibr 2 est du type à tubes et fonctionne suivant le principe du contre-courant. Il comprend un tuyau lg, qui traverse un espace 21 délimité par des cloisons 20 et qui comporte des perforations dans sa partie située dans ledit espace, de sorte que le milieu échangeur de chaleur (vapeur d'eau) cède son énergie à un milieu de travail 22 qui s'écoule dans une série de tubes 23.traversant l'espace 21. En cédant son énergie, ce milieu échangeur de chaleur 10 se condense et il est recueilli au fond de l'échangeur de chaleur 2. De là, le milieu échangeur de chaleur est envoyé, au moyen de tuyaux 24, 25 et dTune pompe 5, à l'entrée 8 de l'accumulateur 1, ce qui boucle le cycle d'utilisation du milieu échangeur de chaleur 10. Ce cycle de fonctionnement peut alors être repris. Le milieu véhicule de travail 22 (avantageusement du fréon), qui a été échauffé par le milieu échangeur de chaleur 10 sort, comme représenté par les flèches, de l'échangeur de chaleur 2, par la sortie 26 de ce dernier, et par une conduite 27 pour aboutir à la machine à détente 3, dans laquelle il peut se détendre pour faire marcher cette machine La machine à détente 3 est du type à piston avec glissière rotative et elle comporte un arbre de sortie 28 qui constitue une prise de force servant à la propulsion du véhicule. Cette machine à détente 3 peut passer par toutes les valeurs entre la vitesse maxima en marche avant et la vitesse minima en marche arrière, à l'aide de moyens de commande connus en eux-m8mes (non représentés).Suivant l'état de fonctionnement de cette machine, une ligne de dérivation 29, dans laquelle est intercalée une soupape d'évacuation 30, envoie une quantité plus ou moins grande de milieu véhicule de travail 22 au-delà de la machine 3. Le milieu véhicule de travail 22 sortant de la machine 3 ou de la ligne de dérivation 29 est envoyé, par un tuyau 31, dans le condenseur 4 dans lequel il se refroidit et se condense. Ce condenseur est du type à serpentins et fonctionne par refroidissement avec de l'air forcé. Le milieu véhicule de travail 22 ainsi refroidi et condensé est envoyé, par les conduites 32 et 33 et à l'aide d'une autre pompe 6, du condenseur 4 à l'entrée 34 de ltéchangeur de chaleur 2. Ainsi se boucle le cycle de fonctionnement de ce milieu de travail 22. On peut reprendre ce cycle de fonctionnement. Dans la forme de réalisation représentée, l'arbre de sortie 28 de la machine à détente commande les deux pompes 5 et 6 correspondant respectivement au véhicule échangeur de chaleur 10 et au véhicule de travail 22, par l'intermédiaire d'une transmission qui est, avantageusement, une transmission à courroie. Comme indiqué plus haut, les moyens selon l'invention comprennent un certain nombre de soupapes de commande et de sbreté, dont l'une a déjà été décrite. En plus de cette soupape déjà décrite, il est prévu des soupapes de surpression 36 et 37, sur l'accumulateur 1 et la conduite 27. De plus, des soupapes de commande à pression constante 38 et 39 sont disposées respectivement entre l'entrée 8 de l'accumulateur 1 et l'entrée 3x de l'échangeur de chaleur 2, et entre la sortie 9 de l'accumulateur de chaleur et la sortie 26 de cet échangeur de chaleur.Des conduites de dérivation 40 et 41 munies respectivement de soupapes de trop-plein 2 et 43 sont montées respectivement entre les conduites 24 et 25 et entre les conduites 32 et 33, pour dévier respectivement le milieu échangeur de chaleur 10 et le milieu de véhicule de travail 22, chaque fois que cela est nécessaire. Les moyens d'entrainement représentés sur les figures 2A et 2B diffèrent de ceux des figures 1A et 1B, essentiellement par le fait qu'ils ne comportent pas d'échangeur de chaleur et que l'on n'utilise qu'un seul milieu véhicule pour transférer l'éner- gie de l'accumulateur dans la machine à détente. Les moyens d'entrainement représentés sur les figures 2A et 2B comprennent donc un accumulateur 101 de chaleur de fusion, une machine à détente 103, un condenseur 104, une pompe 106, un raccord électrique 107 permettant de charger l'accumulateur 101, et un certain nombre de soupapes de commande et de sûreté que l'on décrira ci-après. L'accumulateur de chaleur de fusion 101 se présente sous la forme d'une torpille et il comporte une entrée 108 et une sortie 109 pour un milieu de transmission d'énergie 110, que l'on décrira plus loin. Cet accumulateur comporte une chemise 111 à double paroi, l'intervalle entre ces parois étant mis sous vide pour assurer l'isolation thermique. De plus, l'accumulateur 101 renferme un récipient 112 qui contient une source d'énergie consistant en une composition caloporteuse 113, c'est-à-dire une composition à chaleur spécifique élevées qui, alternativement, fond et durcit. Comme dans le cas de la première forme de réalisation, la composition peut être un sel ou un alliage de sels, par exemple l'alliage LiF/MgF2, mais ce peut être également un métal ou un alliage métallique ou même du graphite.La composition 113 passe à l'état fondu grâce à une source extérieure d'énergie 114, qui est une source électrique, branchée sur l'ac cumulateur 101, par l'intermédiaire du raccord 107, au moyen d'un conducteur 115 qui est, lui-même branché sur des spires chauffantes 116, par exemple en alliage "kanthal", noyées dans la composition 113 en vue de transformer l'énergie électrique en énergie thermique destinée à fondre la composition. Entre le récipient 112 qui contient la composition 113 et celle des parois de la chemise 111 qui est à l'intérieur, subsiste un espace 117 pour le milieu transporteur d'énergie 110 qui circule dans l'accumulateur 101. Ce milieu véhicule peut être due l'eau et il pénètre dans l'accumulateur 101 par l'entrée 108.En circulant autour du récipient 112, cette eau est chauffée par la composition 113 qui lui cède sa chaleur de fusion, à un point tel qu'elle se transforme en vapeur sous pression élevée et à température élevée. Comme indiqué par les flèches, cette vapeur d'eau s'échap pe de l'accumulateur 101 par la sortie 109 et est envoyée, par l'intermédiaire d'un tuyau 118, dans la machine à détente 103. Le tuyau 118 peut, comme représenté, être à double paroi, sur la majeure partie de sa longueur, de la même façon et pour les mêmes raisons que l'accumulateur 101. Au lieu d'être de l'eau, le milieu transporteur d'énergie peut être du fréon, corps qui possède de meilleures propriétés thermodynamiques que l'eau. La machine à détente 103 est du type à piston avec une glissière rotative, et elle est munie d'un arbre de sortie 128 qui constitue une prise de force servant à la propulsion du véhicule. Cette machine à détente 103 peut passer par toutes les valeurs entre la vitesse maxima de vitesse en marche avant et la vitesse maxima en marche arrière, grâce à des moyens de commande connus en eux-mêmes (non représentés). Selon l'état de fonctionnement de la machine 103, une conduite de dérivation 129, sur laquelle est intercalée une soupape d'évacuation 130, envoie une quantité plus ou moins grande du milieu 110 au-delà de cette machine. Le milieu véhicule 110 qui sort de la machine 103 ou de la conduite de dérivation 129 est envoyé, par un tuyau 131, dans le condenseur 104, dans lequel il se refroidit et se condense. Ce condenseur 104 est du type à serpentin et il fonctionne par refroidissement à air forcé. De ce condenseur 104, le milieu 110 ainsi refroidi et condensé est envoyé, par l'intermédiaire des conduites 132, 133 et de la pompe 106, à l'entrée 108 de l'accumulateur 101, ce qui boucle le cycle d'utilisation de ce milieu 110. Ce cycle d'utilisation peut alors être repris. L'arbre de sortie 128 de la machine à détente 103 commande la pompe 106, qui sert à l'entraînement du milieu véhicule d'énergie 110, par l'intermédiaire d'une transmission 35, qui est avantageusement une transmission à courroie. Ces moyens d'entrainement comprennent également un certain nombre de soupapes de commande et de sûreté, dont l'une a déjà été décrite. Une soupape de commande 138 à pression eonstante est montée entre l'entrée 108 de l'accumulateur 101 et la dérivation 129. Une conduite de dérivation 141 munie d'une soupape de trop-plein 143, est montée entre les conduites 132 et 133 pour dévier le milieu de transport d'énergie 110, chaque fois que cela est nécessaire. Le rôle des moyens d'entrainement décrits et représentés sur les figures se comprend d'après ce qui précède, de sorte qu'il ntest pas indispensable de le décrire davantage. Toutefois, on établira ci-après une comparaison, sous forme de tableaux entre un véhicule de type classique à moyens d'entrainement électriques et un véhicule équipé de moyens d'entrainement conformes à l'invention} afin de montrer combien les moyens d'entraînement selon l'invention augmentent la capacité de charge et, --par suite, l'autonomie du véhicule. Tableau I Véhicule à commande électrique Accumulateur électrique de 12 V, 65 Ampères-heure Nombre de batteries : 20 Poids à pleine charge, 20 x 22,4 = 448 kg Rendement du moteur électrique, n = 85 % Puissance maxima fournie par rapport à la pleine charge:75% Puissance totale fournie : 12x65x85x0,75 = 9,9 kWh 1000 Tableau II Véhicule muni de moyens de commande selon l'invention Poids de la source d'énergie, 448-80=368 kg (80 = poids des chemises îl et 111 respectivement) Alliage LiF/MgF2, accumulation de chaleur 1654 kJ/kg Point de fusion #sm = 746C Rendement total des moyens de commande #tot = 50 % Puissance maxima fournie par rapport à la pleine charge toujours 100 % Puissance fournie totale : 268x1654x0,5 = 84,54 kWh 3,6x103 Il ressort de ce qui précède que les moyens d'entrainement selon l'invention, à poids égale ont une capacité de charge qui est environ 8,5 fois supérieure à celle d'un entrainement électrique (84,54/9,95 8,5). flVENDICATI0NS 1. Moyen d'entrainement, en particulier pour la propulsion de véhicules, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison : un accumulateur renfermant une source d'énergie consistant en une composition caloporteuse qui, alternativement, fond et durcit, qui peut passer à l'état fondu grâce à une source extérieure d'énergie et que l'on oblige à céder sa chaleur de fusion à un milieu véhicule d'énergie circulant dans l'accumula teur en vue d'augmenter sa température et sa pression une une machi- ne à détente reliée à cet accumulateur, machine dans laquelle peut parvenir le milieu véhicule d'énergie en provenance de l'accumulateur et dans laquelle ce milieu peut se détendre pour la faire marcher, l'arbre de sortie de cette machine constituant une prise de force, et branché sur cette machine à détente, un condenseur dans lequel le milieu véhicule d'énergie peut se condenser-avant d'être remis en circuit dans l'accumulateur. 2. Moyen d'entrainement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un échangeur de chaleur est branché entre l'accumulateur et la machine à détente et que le milieu véhicule d'énergie est constitué d'une part, d'un milieu échangeur de chaleur qui circule en circuit fermé dans l'accumulateur et l'échangeur de chaleur, et d'autre part d'un milieu de travail, qui circule en circuit fermé dans l'échangeur de chaleur, dans la machine à détente et dans le condenseur, ledit milieu échangeur de chaleur absorbant la chaleur de fusion de la composition caloporteuse et, de la sorte, augmentant son énergie propre qu'il cède audit milieu de travail qui, à son tour, cède son énergie à la machine à détente. 3. Moyen d'entrainement selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre ledit condenseur et ledit accumulateur est intercalée une pompe servant à la circulation du milieu véhicule d 'énergie. 4. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que des pompes sont intercalées entre l'échangeur de chaleur et la machine à détente, et entre le condenseur et l'accumulateur, pour assurer la circulation du milieu véhicule d'énergie 5. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ledit accumulateur comporte une chemise à double paroi, l'intervalle entre ces parois étant mis sous vide pour assurer l'isolation thermique. 6. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que ladite composition caloporteuse est contenue dans un récipient logé dans l'accumulateur, et qu'un espace est ménagé entre ce récipient et ladite chemise pour le milieu véhicule d'énergie qui circule dans ledit accumulateur. 7. Moyen d'entrainement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la composition caloporteuse est un sel ou un alliage de sels. 8. Moyen d'entrainement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la composition caloporteuse est un métal ou un alliage métallique. 9. Moyen d'entrainement selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la composition caloporteuse est du graphite. 1O. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 a 9, caractérisé par le fait que la source extérieure d'énergie est une source électrique et qu'elle est branchée sur l'accumulateur, par l'intermédiaire d'un conducteur qui, lui-meme, est branché sur des spires chauffantes noyées dans ladite composition pour transformer l'énergie électrique en énergie thermique en vue de fondre la composition caloporteuse. 11. Moyen d'entrainement selon la revendication lO, caractérisé par le fait que les spires chauffantes sont en alliage kanthal ". 12. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 2 a 11, caractérisé par le fait que ltéchangeur de chaleur est du type tubulaire et fonctionne suivant le principe du oontre-courant. 13. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 d 12, caractérisé par le fait que la machine à détente est du type a piston avec glissière rotative. 14. Moyen d'entrainement selon Itune des revendications I à 12, caractérisé par le fait que la machine à détente est une turbine. 15. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications I à 14, caractérisé par le fait que la ou les pompes destinées au milieu véhicule d'énergie sont commandées par la machine a détente. 16. Moyen d'entrainement selon- l'une des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait que le condenseur est du type à serpentin et fonctionne par refroidissement à air forcé. 17. Moyen d'entrainement selon l'une des revendications 1 d 16, caractérisé par le rait que le milieu véhicule d'énergie est de l'eau et/ou du fréon.