Brevet FR2390583A1 — publié le 19781208

La présente invention concerne une machine thermique comportant une enceinte à volume variable et utilisant la vaporisation au moins partielle d'un fluide en phase liquide, obtenue par élévation de température de ce fluide initialement froid, pour produire un travail mécanique sous forme d'une expansion de l'enceinte. De telles machines sont connues depuis fort longtemps et ont atteint, dans leurs formes de réalisation actuelles, un haut degré de perfectionnement. Toutefois ces machines, à cause de leur fonctionnement très sophistiqués sont d t une structure assez complexe et d'un coût élevé. En outre, elles sont mal adaptées aux petites cylindrées. Ces inconvénients constituent un obstacle eertain pour l'application de telles machines à la récupération, aujourdthui vivement souhaitée, d'énergie thermique par reconversion en énergie directement utilisable,et notamment en énergie mécanique. la présente invention a pour but de réaliser une machine ther mique.simple fonctionnant de façon automatique et autonome, d'un entretien peu comateux et d'un prix de revient très bas. la machine thermique de l'invention est essentiellement caractérisée en ce que l'enceinte à volume variable est en contact thermique direct avec une source chaude de manière à entre chauffée à la température de vaporisation du fluide utilisé, en ce qu'un dispositif injecteur commandé en fonction de l'expansion de l'encein- te, injecte une certaine quantité de fluide liquide froid dans la partie supérieure de l'enceinte au moment ou celle-ci approche de ou atteint sa pleine expansion, en vue de produire une condensation, et en ce que cette enceinte présente, à sa partie inférieure, un orifice contrôlé pour l'évacuation de la fraction de fluide non vaporisé ou- condensé dans l'enceinte. le cycle de cette machine comprend donc une phase de vaporisation de-liquide et une phase de condensation, cette dernière pou- vant être considérée comme résultant d'un processus de relaxation thermique dont la durée détermine la durée du cycle de la machine. "e fonctionnement de la machine de l'invention est obtenu sans tiroir, ce.,qui, en soi, simplifie déjå considérablement la structure. de la machine et abaisse le coat de cette dernière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé sur lequel la figure unique est une vue en coupe schématique d'une machine conforme à la présente invention. Cette machine comporte tout d'abord une enceinte à volume variable portant le chiffre de référence général 1 sur la figure. Cette enceinte à volume variable peut entre réalisée de différentes manières mais est préférablement constituée par un tube rigide i a sensiblement vertical prolongé dans sa partie supérieure par une chambre ld fermée par une membrane déformable 2, cette solution permettant d'éliminer les problèmes d'étanchkité et de friction apparaissant dans une enceinte à volume variable du type cylindre et piston. Cette machine utilise la vaporisation, au moins partielle,d'un guide F tel que liteau ou l'ammoniac en phase liquide, obtenue par élévation de température de ce fluide initialement froid, pour produire un travail mécanique sous forme d'une expansion de l'enceinte 1 l'adjectif "froid" appliqué au fluide F liquide indique une température de ce fluide inférieure à sa température de vaporisation à la pression considérée. le mouvement correspondant à l'expansion de l'enceinte, et notamment au soulèvement de la membrane 2 de la figure i, peut par exemple être transmis par un levier 3 tournant autour d'un point fixe 4, à un récepteur d'énergie mécanique 5 quelconque consommant ou transformant l'énergie mécanique qu'il reçoit. L'enceinte 1 est en contact thermique direct avec une source chaude 6 de manière à être chauffée à la température de vaporisation du fluide F. Ainsi, l'enceinte 1 peut être située à proximité d'un brûleur 6, etlou se trouver sur le trajet de gaz de combustion circulant dans une chaudière 7, et/ou être thermiquement reliée à un capteur solaire, etc., de manière que le volume de enceinte contenant du fluide P en phase liquide puisse augmenter sous l'effet de la vaporisation au moins partielle de ce fluide. Un dispositif injecteur 8, commandé en fonction de l'expansion de l'enceinte, injecte une certaine quantité de fluide liquide froid F dans la partie supérieure de l'enceinte 1 au moment oW celle-ci approche de ou atteint sa pleine expansion. Ia quantité de fluide froid injectée doit entre suffisante pour produire une condensation du fluide présent en phase gazeuse dans 11 enceinte 1 entraînant une diminution sensible du volume de cette enceinte. Un orifice 9 est prévu à la partie inférieure de l'enceinte pour permettre l'évacuation du fluide chauffé dans l'enceinte, mais non vaporisé ou condensé. Si le fluide utilisé est l'eau, la machine permet donc la récupération d'eau chaude. L'ouverture de cette orifice 9 est contrôlée, par exemple par une bille flottante 10 ou un clapet commandé de manière que seau le fluide en phase liquide puisse traverser l'orifice pour sortir de l'enceinte. le dispositif injecteur 8 est par exemple reliée à une vanne 11 alimentée en permanence en fluide liquide froid F et dont l'organe de commande, à savoir le pointeau 12, est actionné en fonction de l'expansion de l'enceinte. Sur la figure 1 est représentée une tige 13 relié au pointeau 12. Un ressort 14 agit en permanence sur cette tige qui appuie le pointeau 12 sur son siège en vue de la fermeture de la vanne 11. Cependant lorsque l'enceinte atteint son expansion maximale, le levier 3 vient en prise avec un arrêt 15 de la tige et la soulève. La vanne Il est alors ouverte et le fluide liquide froid sous pression est injecté dans l'enceinte 1. le fluide liquide peut être fourni par une pompe 16 actionnée par la machine et stocké sous pression en amont de la vanne Il dans un réservoir élastique 17, la pompe, le réservoir et la vanne étant reliés par une conduite de fluide sous pression 18. il est du reste bien entendu que le mode de réalisation décrit ci-dessus a été donné à titre d'exemple et que des modifications accessibles à lthomme de l'art peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente invention. - REVENDICATIONS 1.- Machine thermique comportant une enceinte à volume variable et utilisant la vaporisation au moins partielle d'un fluide en phase liquide, obtenue par élévation de température de ce fluide initialement froid, pour produire un travail mécanique sous forme d'une expansion de l'enceinte, caractérisée en ce que l'en- ceinte à volume variable 1 est en contact thermique direct avec une source chaude 6 de manière à être chauffée à la température de vaporisation du fluide F utilisé, en ce qu'un dispositif injecteur 8, commandé en fonction de ltexpansion de l'enceinte, injecte une certaine quantité de fluide liquide froid dans la partie supérieure de l'enceinte 1 au moment où celle-ci approche de ou atteint sa pleine expansion, en vue de produire une condensation, et en ce que cette enceinte 1 présente, à sa partie inférieure, un orifice contrôlé 9 pour l'évacuation de la fraction de fluide non vaporisé ou condensé dans l'enceinte. 2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ledit orifice 9 est contralé par une bille flottante 10 qui l'obture lorsque l'enceinte ne contient plus de fluide en phase liquide. 3. Machine suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'enceinte à volume variable 1 est formée par un tube rigide 1 a sensiblement vertical prolongé dans sa partie supérieure par une chambre 16 à membrane déformable 2. 4.- Machine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ie dispositif injecteur 8 est relié à lule vanne 1 I alimentée en fluide froid sous pression, et dont l'organe de commande 12 est actionné en fonction de l'expan- sion de l'enceinte.