Brevet FR2406719A1 — publié le 19790518

La présente invention a pour objet un moteur thermique à basse pression. Le but de l'invention est de réaliser un moteur susceptible de fournir un travail par utilisation et transformation de l'énergie solaire. Un autre but de l'invention est de réaliser un moteur thermique fonctionnant avec une basse pression interne et donc necessitant un minimum d'énergie pour obtenir un rapport optimum entre l'ner- -gie consommée et le travail fourni. A cet effet le moteur thermique selon l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend un capteur de calories alimenté en fluide à bas point d'ébullition et susceptible de produire des vapeurs saturantes,le dit capteur étant relié à un échangeur de calories condensant les vapeurs par un circuit dans lequel est disposé un piston en sorte que par différence de temps -rature entre la capteur et ltéchangeur soit provoquée une différen- -ce de pression qui,appliquée sur l'-une ou l'autre face de la cloi -son du piston produise un travail. On conçoit que l'utilisation de fluides à bas points d'ébullition produisant des vapeurs saturantes,ctest à dire des vapeurs dévelop- -pant un maximum de pression pour une température donnée dans un circuit sous vide permet d'obtenir un bon rapport entre énergie consommée et le travail fourni. Suivant une autre disposition,le moteur thermique selnn l'invention comprend sur un même circuit tenu sous vide un capteur d'énergie solaire avec conduite d'amenée et de sortie alimenté en-fluide:à bas point d'ébullition et susceptible de produire une vapeur satu -rante,un dispositif distributeur ou inverseur dirigeant la vapeur vers Lune ou l'autre des faces de la cloison d'un piston sous vide pour transformer énergie en travail et un échangeur de calories en milieu froid relié au capteur et au distributeur qui a pour effet de condenser lazvapeur,le fluide ainsi obtenu faisant retour au capteur pour production de vapeur par utilisation de l'énergie solaire. Suivant une autre caractéristique de l'invention,ltensemble du moteur est disposé dans une enceinte susceptible d t amplifier le rayonnement solaire,ce qui permet le fonctionnement du moteur mame avec un faible degré d'ensoleillement. Suivant encore une autre caractéristique de l'invention,le piston est un soufflet à accordéon compressible et extensible disposé horizontalement entre deux plans verticaux,doté d'une cloison mé -diane calée extérieurement au soufflet sur deux guides paralleles de part et d'autre du soufflet et coulissant dans les flasques en mouvement rectiligne pour actionner une pompe ou un dispositif de bielle manivelle. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitroof à la lecture de modes de réalisation ci-après de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et illustrés par les dessins joints dans lesquels: - La figure I représente une vue schématique d'un moteur selon l'invention. - Les figures 2 et 3 représentent une vue du piston en perspecti -ve et en coupe. - La figure 4 représente une vue du mécanisme pompe et inverseur avec vues en coupe AA' et BB'. - la figure 5 représente une vue en coupe d'un capteur tel que pouvant titre disposé et utilisé. - La figure 6 représente un autre type de capteur. - La figure 7 représente un type particulier d'échangeur. - La figure 8 représente un hcLde particulier d'installation du moteur selon l'invention. Tel que représenté en figure I le moteur thermique à basse pression selon l'invention est disposé sous une enceinte t destinée à amplifier le rayonnement solaire. Cette enceinte peut étre une serre en verre ou en tout autre matériau adapté. A l'intérieur de la dite enceinte est disposé capteur de calories solaires 2 ou chaudière en relation par les conduits 3,4 avec un groupe 5 comportant une pompe 6 de circulation et un distributeur 7 ou inverseur dirigeant la vapeur produite dans le capteur vers l'une ou l'autre face de la cloison 8 du piston 9 et après échappement vers un échangeur IO placé dans une ambiance froide / ou un puit en l'espèce une cuve Il contenant de l'eau en circulation,le vide est fait dans llensemble du circuit par tous moyens connus après alimentation du capteur 2 en fluide destiné à la production de vapeur. Le fluide utilisé est un fluide à bas point d'ébullition et suscep -tible de produire une vapeur saturante,c'est à dire une vapeur dont la pression à une température donnée atteint la valeur maximale qu'elle peut obtenir à cette température. Des essais effectués avec de l'éther dont la température d'ébulli -tion est de 340 ont été satisfaisants. On conçoit que l'utilisation d'un fluide à bas point d'ébullition permet d'obtenir une production de vapeur même avec un ensoleillement réduit et que l'utilisation de tapeur saturante dans un circuit et un piston où le vide a été réalisé permet d'obtenir un excellent rapport entre énergie consommée et l'énergie au travail produit. De préférence,à llintérieur de l'enceinte 1 une source de chaleur secondaire 12 qui peut être par exemple un broyeur à gaz,estdisposée sous le capteur 2 pour permettre le fonctionnement du moteur dans les périodes d'ensoleillement réduit,. ou négatif. Le capteur 2 est une enceinte plate et creuse de forme par exemple rectangle qui peut Setre constituée comme représenté;en figure 5 par soudure par point de deux tales 13 paralleles sur des traverses, une soudure étanche étant réalisée sur chacun des côtés. Tel que représenté en figure 5 le capteur est fixé par des pattes 14 sous la paroi de l'enceinte 1 qui peut être une toiture en tuiles de verre,un écran isolant 15 étant disposé sous le capteur 2 pour éviter les déperditions calorifiques. De préférence le capteur est peint en noir mat. Le capteur pet autre bien entendu réalisé en tous matériaux adaptés tels que matières synthétiques résistant aux solvants ou autres. Il peut autre de même constitué par deux tôles métalliques soudées à plat l'une sur l'autre en sorte que le volume du fluide chauffé Soit réduit à une pellicule de quelques millimètres d'épaisseur dont l'ébullition et la vaporisation sera plus rapide. Suivant une autre caractéristique de l'invention telle que repré -sentée en figure 6,le capteur réalisé selon l'une quelconque des formes décrites plus haut est disposé dans l'enceinte I dans un bac à eau 16 peint en noir mat et au contact de l'eau chauffée par le rayonnement solaire ou le chauffage d'appoint 12,liteau du dit bac pouvant recevoir des particules noires en suspensian qui accroissent le réchauffement. Cette disposition permet d'utiliser les propriétés de la chaleur spécifique de l'eau (supérieure à celle des autres corps et notamment l'éther) comme prFchauffeur du fluide contenu dans le capteur et comme régulateur en permettant d'obtenir une vaporisa -tion du fluide dans le capteur avec moins de calories. Le piston 9 est (fig 2.3) constitué d'un soufflet accordéon 17 en un matériau souple,par exemple en une matière plastique résistant aux solvants et aux vapeurs du fluide introduit. Le dit soufflet est fixé de manière étanche sur deux plans verti -caux à travers lesquels passent les conduits alimentant le dit piston en vapeur. Une cloison 5 est disposée transversallement au dit soufflet,la dite cloison ménageant deux chambres lB et 1Bb à volume variable et étant calée de part et d'autre du soufflet sur des tiges paralle -les 19 coulissant suivant le mouvement alternatif rectiligne du piston dans des paliers des flans 20.Le mouvement alternatif rectiligne du piston peut être utilisé directement par branchement sur les tiges d'un arbre actionnant une pompe 21 par exemple ou par branchement d'un dispositif à bielle-manivelle 22 pour obtenir un mouvement rotatif. On peut concevoir que l'énergie produite par le moteur comme représenté aux figures 2 et 3 soit utilisée pour produire à la fois un mouvement alternatif rectiligne et un mouvement rotatif soit simultanément,soit indépendament l'un de l'autre,l'un des branche -ments pouvant autre désaccouplé. La vapeur saturante est transmise au piston par un groupe 5 et comportant une pompe 6 de circulation du fluide Ìe la vapeur dans l'ensemble du circuit qui est couplée avec un dispositif inverseur (fig 4) l'ensemble du groupe étant actionné par prise de force sur le piston 9 en sorte que le fonctionnement du distributeur soit en cono=rdance avec celui du piston. Tel que représenté en figure 4,le distributeur ou inverseur 7 et la pompe 6 sont montés parallelement ce qui facilite leur action -nement comme décrit plus avant. Le distributeur est un corps doté d'un évidement cylindrique dans lequel est bloqué par vis un manchon 23. Le manchon 23 est doté d'un canal médian longitudinal communiquant par des lumières radiales 25 avec une rainure annulaire 26,la longueur du manchon est telle que l'une des extrémités de son canal vienne au droit du conduit 27 en relation avec l'une des faces de la cloison du piston et que son autre extrémité vienne au droit de l'autre conduit 28 en relation avec l'autre face du piston, la rainure annulaire 26 étant au droit du conduit médian 29 d'arrivée des vapeurs depuis le capteur 2 constituant chaudière de mise en ébullition. L'évidement cylindrique du distributeur est fermé par un maochon 30 à vis pourvu d'un canal médian longitudinal en relation par des lumières radiales 32 avec une rainure annulaire 33 ménagée au droit d'un conduit 34 d'évacuation de la vapeur.Le dit manchon à vis est séparé du manchon interne par espacement. A l'autre extrémité de l'évidement cylindrique est usiné un autre canal d'évacuation 35 de la vapeur,le dit canal présentant une portion axialement alignée avec ltaxe médian longitudinal du distributeur et étant en relation au moyen du Té avec le conduit34. Dans le canal médian u est mobile une tige 36 centrée sur l'ajutage extérieur du manchon à vis 30 qui est doté d'un organe d'étanchéité 37.La tige est dotée d'une rondelle transversalle d'extrémité aa au-delà du manchon fixe 23 et d'une rondelle transversalle médiane 39 disposée dans l'espacement entre le manchon fixe et le manchon à vis. Par mouvement-de la tige en avant la rondelle d'extrémité 38 vient alternativement se bloquer contre l'orifice du conduit d'évacua -tion 35 qu'elle obture tandis que la rondelle médiane 39 vient se bloquer contre l'extrémité du canal 24 du manchon fixe 23 et la vapeur acheminée par le conduit central 29 vient par le conduit 27 dans le piston exercer sa pression sur l'une des faces de la cloison 3. Au cours de cette phase de la distribution la cloison du piston à mouvement alternatif par avancement expulse la vapeur distendue contenue dans l'autre chambre du piston,la dite vapeur qui passant par le conduit 28 et la canal médian du manchon à vis 30/eavstacuée vers l'échangeur ou condenseur 10. Lors du mouvement arrière de la tige 36 la rondelle ou soupape d'extrémité 38 vient se plaquer contre l'orifice du canal 24 du manchon fixe 23 en libérant le conduit 35 d'évacuation et la rondelle médiane 39 obture le canal du manchon à vis 30 en sorte que la vapeur du conduit central d'arrivée passe par le conduit ,ZB dans l'autre chambre du piston dont la cloison avancera en expulsant la vapeur détendue de l'autre chambre par le conduit d'évacuation 35 vers l'échangeur ou condenseur. Le mouvement avant-arrière de la tige du distributeur est commandé par la tige 40 de la pompe de circulation 6 elle-même commandée par un levier articulé 41 doté d'une fourche 42 embrassant la tige 19 du piston du moteur selon l'invention. A cet effet la tige 36 du distributeur est dotée de deux butées mobiles 43 entre lesquelles est disposée une plaquette articulée 44 I un organe élastique 45 solidaire d'une platine 46 de la tige 40 de la pompe la maintenant en appui en sorte que lors du mouvement d'avancement de la tige de la pompe par compression de l'organe élastique la plaquette articulée fait mouvement arrière en entraînant la tige et inversement lors du mouvement arrière de la tige de la pompe. La pompe est une pompe à simple effet constituée d'un piston à mouvement alternatif avant-arrière avec soupapes 47 empochant l'inversion de sens et qui a pour effet de faire circuler le fluide entre le condenseur ou échangeur et le capteur ou chaudière. I Cette disposition de l'invention permet l'asservicemant du moteur au niveau distribution de vapeur et circulation du fluide par utilisation de l'énergie propre au dit moteur. Il est évident que la distribution et la circulation peuvent être obtenues par utilisation d'autres moyens connus tels électrovannes par exemple pour la distribution alimentée par énergie extérieure au moteur. Suivant une forme de réalisation de l'invention telle que représentée en figure 8 l'schangeur ou condenseur peut être constitué d'une enceinte avec cheminée 47 de circulation de l'air à l'intérieur de laquelle l'échangeur IO est disposé entre un bac à eau 48 de refroi -dissement et un écran 49 des chicanes étant prévues pour la circulation de l'aispénètrant par des orifices inférieurs de l'enceinte. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention un ou plusieurs capteurs 2 tels que décrits sont disposés dans des caissons 50 en tous matériaux adaptés flottants sur un plan d'eau,le ou les dits capteurs étant en relation par des conduits souples avec un piston moteur porté par un caisson flottant sous lequel à une profondeur variable est disposé ltéchangeur qui peut être suspendu ou calé sur le fond du plan d'eau. Comme représenté à la figure 1 le moteur à basse pression selon l'invention actionné une pompe 22 qui envoie de l'eau sous pression dans une cuve C pour l'irrigation par exemple. On conçoit,que le moteur selon l'invention présente de nombreux avantages notamment en ce qu'il ne nécéssite pratiquement pas de sources d'énergie autre que l'énergie solaire et que l'utilisation de fluides à bas point d'ébullition et susceptibles de produire des vapeurs saturantes dans un circuit tenu sous vide permet d'obtenir un excellent rapport entre l'énergie consommée et l'énergie obtenue. Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux formes de en réalisation telles que décrites mais qu'elle/embrassa au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS R1 ) Moteur thermique à basse pression pour irrigation ou tous autres usages caractérisé en ce qutil comporte un capteur de calories alimenté en fluide à bas point d'ébullition et susceptible de produire des vapeurs saturantes,le dit capteur étant relié à un échangeur de calories par un circuit dans lequel le vide est réalisé et sur lequel est disposé un piston en sorte que par différence de température entre la capteur et l'échangeur soit provoquée une différence de pression qui appliquée alternativement sur l'une ou l'autre des faces de la cloison d'un piston par un dispositif distributeur fournit un travail. R20) Moteur thermique à basse pression pour irrigation ou autre usage selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend sur uni même circuit tenu sous vide un capteur d'énergie solaire avec conduite d'amenée et de sortie alimenté en fluide à bas point d'ébullition et susceptible de produire une vapeur saturante,un dispositif distributeur ou inverseur dirigeant la vapeur vers l'une ou l'autre face de la cloison d'un piston transformant l'mener -gie en travail,un échangeur relié au capteur et au distributeur qui a pour effet de condenser la vapeur en fluide dit fluide faisant retour au capteur. R3 ) Moteur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble de l'installation est disposée dans une enceinte susceptible d'amplifier le rayonnement solaire. R40) Moteur thermique selon la revendication 1 et la revendication 2 caractérisé en ce que le piston est un soufflet compressible souple disposé entre deux plans verticaux et doté d'une cloison calée sur deux guides paralleles coulissant dans les plans. R50) Moteur thermique selon la revendication I caractérisé en ce que le capteur est une enceinte de faible épaisseur. R6 ) Moteur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pompe de circulation du fluide et le distributeur sont actionnés par le piston. R7 ) Moteur thermique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une source de chaleur d'appoint est disposée sous le capteur. R8 ) Moteur thermique selon la revendication 1 et la revendication 2 caractérisé en ce que itéchangeur est disposé en ambiance froide. R90) Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur est disposé dans un bac contenant un fluide qui peut étre de l'eau avec des particules en suspension de couleur noire. R108) Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le ou les capteurs et le piston et organes de commandes sont portés par des dispositifs flottant à la surface d'un plan d'eau dans lequel est immergé le coapteur.