Brevet FR2442335A1 — publié le 19800620

La crise de l'énergie, oriente les recherches vers l'exploitation de sources de chaleur h températures peu élevées, mais pour lesquelles les réserves sont potentiellement énormes. Les machines thermiques utilisant la dilatation des gaz ont un rendement peu élevé lorsque la température de la source froide est proche de celle de la source 'chaude': leur rendement étant donné par la formule T1 - T2 / TI. Le gas X température froide continue en effet à exercer une pression non négligeable. Dans les memes conditions, un liquide à un meilleur rendement, car au re- froidissement, il n'exerce plus aucune pression sur les parois de l'enceinte qui le contient, et la force de cohésion des liquides permettrait de plus de recueillir du travail dans ces conditions. "L'incompressibilité" des liquides, permet de recueillir pendant leur dila tation thermique, une dnergie transformée qui est liée principalement à la résis- tance des parois de l'enceinte qui les contient. La machine comprend 7 partie,. 1) Le socle 1, sur lequel sont fixés les montants 3 et qui prolonge le cylindre 7. 2) te bloc piston coulisse dans le cylindre 7 et transmet les forces de dilatation du liquide contenu en 7, à la chaine 4 à laquelle il est soudé en 6. 3 - Les montants fixés symétriquement par rapport au socle I, maintiennent les 'roues libres' 5 et dirigent le déplacement du piston 2. 4 - La chaine soudée au piston au niveau 6, transmet les déplacements de celui - ci aux roues libres 5. Elle se trouve placée entre les montants 3. 5 - Les roues libres sont le modèle utilisé et monté dans les roues arrières de bicyclettes, bien plus puissant étant donné les forces mises en Jeu. Elles trans mettent leurs rotations par un système d'engrenages \ un ressort du type utilisé dans les remontoirs de montres, mais évidemment d'une puissance très supérieure. Le ressort sert è régularisé la distribution d'énergie dans le temps. La roue libre transmet l'effort moteur lorsque la chaine se déplace dans le sens Â vers B. Lorsque le piston descend de B vers A, la roue libre fonctionne à 'vide'. 6 - Niveau auquel le piston 2 est soudé Fi la chaine. 7 - Début de l'enceinte qui contient le liquide de dilatation et qui doit pouvoir résister aux pressions demandées. n suffit que le piston parcourt une partie minime du trajet A vers B pour remonter le ressort. S'il revient tout de suite auprès vers A, cela ne perturbe pas la machine. Il pourra ensuite revenir vers B en effectuant un trajet de grandeur différente. Cette tachine de modèle simple n'est réalisable que pour des enceintes de volas e réduit. Il faut alors qu'elle fonctionne en association avec d'autres machines IDentiques montes selon le schéma de la figure 1. bulle peut dans ce cas, transfor mer les faibles différences de températures existant entre le sous sol et la surfa- ce, où entre le fond de la mer et la surface, sans demander dans ce cas une source froide obligatoirement b 42, comme cela est le cas pour les machines b turbine. Pour une même différence de températures, la nature du liquide contenu dans l'enceinte à une grande valeur pour évaluer la quantité d'énergie transformée d'une part, et le rendement d'autre part. Dans le cas où l'enceinte a un volume très supdrieur h par exemple 10 litres, les déplacements du piston seraient beaucoup trop grands, et pour fractionner ces ddplacements, il faut utiliser le principe des moteurs à piston classiques, avec soupape permettant l'arrivée de liquide lorsque le piston est au niveauA, celle - ci se fermant lorsqu' il arrive un peu avant le niveau B, auquel succède l'ouverture d'une autre soupape permettant l'évacuation du liquide vers une enceinte de récupe- ration. Celle - ci se videra dans l'enceinte 7 lors du refroidissement du liquide. Le montage d'une valve entre 7 et l'enceinte de récupération en permet la réalisation. I1 faut alors pour assurer le fonctionnement des soupapes utiliser le trstè- se de bielles. . . et autres villebrequin existant dans les moteurs classiques. Cela entraînera des forces de frottement latérales qui userait rapidement la surface coulissante. Aussi l'effort moteur principal sera fourni par la rotation des roues libres 5. Les déplacements de la bielle (non représentée) liée au piston 6 et au villebrequin, n'étant utilisés que pour le fonctionnement des soupapes. Le rendement total dans ce cas est diminué, mais de tels montages seront faits pour des instal lations b la 'campagne' pour transformer les différences de températures qui se produisent entre le jour et lu nuit.Dans ces cas, l'enceinte pourrait être en verre ce qui permettrait d'occuper de grande8 surfaces sens nuire à l'assimilation chlo rophyllienne, ce qui est un avantage par rapport aux machines utilisant directement l'énergie solaire. Pour amerner la chaleur , dans le cas de l'énergie géothermique, un système de canalisations amènera le liquide plus chaud donc plus léger vers les machines décrites dont il échauffe le liquide servant b assurer le déplacement du piston; Le liquide circulant dans les canalisations sera alors suffisamment refroidir pour descendre par gravitation. Amélioration du rendement de la machine dont les caractéristiques ont été celles signlées page TI, où sels de tachines de type différent. Etude théorique: Soit une source è 0# et une autre è 1002. Ces sources représentent la réserve d'énergie. Je veur amener un corps de capacité calorique égale à IO calories, successivement aux températures de O2; 100#; puis OQ; et ainsi de suite, 100#; 0# Pour cela, il faut lettre en contact ce corps d'abord avec la source froide. Une fois l'équilibre thermique réalisé, il faudra lui fournir 1000 calories pour l'amener à la température de 1002. ( I1 faut IO calories pour élever la température du corps de 12, et nous voulona que cette température passe à 100#.) Lea 1000 calories sont empruntées à la source chaude. Pour ramener ce corps à la température de OQ, la source froide devra absor ber ces 1000 calories. Donc à chaque voyage, le corps absorbe 1000 calories. Examinons le second cas. Pour cela, nous disposerons entre la réserve froide (0#) et la réserve chaude (100#), une série de corps de capacité calorique égale à 10 calories et dont les températures sont étagées entre 0# et 100#. Par exemple, nous disposont de neufs corps dont les températures sont au départ: 10#; 20#; 30#; 40#;....90#; Le corps dont la capacité calorique est de lOq est placé dans un premier temps au contact de la réserve à 02. Ensuite mis en contact avec le corps è 102, il y aura à l'équilibre de températures, deux corps de capacité calorique 10 cal. mais dont les températures sont è présent de 5#C. Le corps est alors déplacé pour être mis en contact du corps à 209C. A l'équilibre, nous aurons deux corps è la température de 20 + 5 / 2 = 12#,5C. Et ainsi de suite. En équilibre avec la source è 90#, le corps aura une température de 80#. La source (réserve) de 1002 devra fournir les 20 calories X 10 manquantes pour amener le corps è la température de 100#C. Nous avons vu qu & ans le premier cas la souce chaude avait dù fournir 1000 calories pour amener le corps à 100#C. Dans le voyage de retour vers la température de OQC, le corps amènera les sources intermédiaires aux températures de 90#; 80#; 70à; ..21,5#; 14#. I1 devra emprunter alors 14 calories X 10 à la souce froide pour revenir à la température de 0#C. Pour le voyage de retour vers 100#, les choses reprendront de la meme mail- ère, et en définitive, nous vouons que le corps empruntera beaucoup moins de chaleur aux sources placées à 1002 et 0# que dans le premier cas examiné. Si nous avions augmenté le nombre de sources intermédiaires, il est évident qu'il aurait été nécessaire de moins emprunter aux réserves placées à 1002 et 0#. Réalisation pratique. Elle suivra le montage schématique de la figure I Des enceintes thermiques A;B;C;... sont disposées selon un cercle en contact avec d'autres enceintes thermiques disposées dans un cercle intérieur. Au moment initial, les deux enceintes A et A' sont au contact de la source chaude (100#). L'équilibre thermique une fois réalisé, elles vont se déplacer, d'une part A dans le sens des aiguilles d'une montre (flèche extérieure), d'autre part A' dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, (flèche intérieure). Ces enceintes vont alors successivement rencontre celles venant de la source froide (OQ) placées à gauche dans la figure 1. I1 est clair, que dans ces conditions, les échanges thermiques vont s'effec tuer selon le second exemple éxaminé précédemment. REVENDICATIONS I - Machines thermiques utilisant la dilatation thermique d'un liquide pour assurer la transformation de l'énergie calorique, en énergie mécanique, ou en les autres formes d'4nergie, avec un bon rendement. 2 - Machine selon la revendication I caractérisée par une enceinte dans laquelle s'effectue la dilatation thermique du liquide, qui actionne alors un piston dont les déplacements sont liés à ceux d'une chaine qui actionne une 'roue libre' qui transmet les efforts moteurs lors de l'échauffement du liquide, et fonctionne h vide lors du refroidissement de celui - ci. 3 - Machine selon revendication I caractérisée par l'utilisation du principe des moteurs à piston, pour fractionner l'augmentation de volume due h la dilatation, (soupapes d'admission et soupapes de vidange fonctionnant aux moments opportuns par l'intermédiaire du vilebrequin). la puissance principale du déplacement du piston est utilisée à effectuer le déplacement de la chaîne de tran8 iseton. 4 - Dispositif du type chauffage central pour amener la chaleur géothermique jusqu'a la machine du type 2 ou 3. 5 - Groupement des machines selon 2 ou 3, constituant une machine dans laquelle les machines du type 2 ou 3 circulent en sens inverse de la source froide vers la source chaude et inversement, en échangeant entre elles la chaleur, ces machines pouvant suivre des cercles concentriques. (amélioration du rendement).