Brevet FR2475150A1 — publié le 19810807

Moteur solaire à soufflets: La présente invention concerne un dispositif de transformation dt lsénergie solaire en énergie mécanique par 11 intermédiaire dtun fluide circulant dans un capteur héliothermique et un organe moteur. Les dispositifs connus de ce genre peuvent être classés en deux catégories. Dans la première catégorie, 11 élément moteur est constitué par une enceinte divisée en deux volumes déformables, séparés par une membrane élastique. Un inconvénient de ces dispositifs est de ne pouvoir fournir qu'une puissance très faible, un autre inconvénient est que lténergie récupérée n1 est utilisable qu'au pompage d1un fluide et ne peux pas servir à usages mécaniques. Les dispositifs connus de la seconde catégorie mettent en oeuvre deux circuits indépendants de fluides: un circuit primaire de fluide caloporteur passe par les capteurs solaires et un échangeur thermique; un eircuit secondaire comprend un évaporateur, un moteur à gaz et un condenseur. Ces dispositifs sont complexes, difficiles à mettre en oeuvre, et présentent en outre un rendement énergétique très faible. Le dispositif selon l'invention consiste en un système thermodynamique comprenant essentiellement un circuit fermé de fluide moteur, une source chaude, un organe moteur, et un réservoir refroidi par le milieu extérieur. La source chaude, ou bouilleur, consiste en un ou plusieurs capteurs héliothermiques à circulation de fluide où se produit l'évaporation dtun gaz sous pression. Ce gaz vient actionner 11 organe moteur constitué par une machine à soufflets, ce terme désignant des cylindres déformables susceptibles de changer de volume par variation de leur longueur. La base d'un soufflet est fixe et comporte un système dradmis- sion et dtéchappement du gaz moteur. Le sommet du soufflet est mobile selon un mouvement alternatif dont la fréquence peut être choisie entre zéro et quelques cycles par seconde à laide dtun régulateur de pression. L'association d'un ou de plusieurs-soufflets permet de constituer une pompe hydraulique (pompe à volume constant) ou une machine pouvant actionner tout système.mécanique (volant, alternateur, compresseur). Les soufflets assurent une étanchéité parfaite au circuit thermodynamique; ce caractère d'étanchéité est essentiel car ainsi le fluide utilisé ne risque pas de polluer le milieu extérieur et nta pas besoin dletre régénéré. Les capteurs solaires héliothermiques utilisés pour la mise en oeuvre du dispositif peuvent être du type à effet de serre ou du type à concentration. Les améliorations apportées par l'invention aux systèmes déjà connus apparaissent essentiellement dans trois domaines. En premier lieu, l'invention permet de transformer lténergie solaire en énergie mécanique en ne mettant en oeuvre qutun seul circuit de fluide, ce qui simplifie la réalisation et diminue les pertes dlorigine thermique. En outre, dans le cas d'une application au pompage, le dispositif proposé constituant luimême un organe de pompe permet d'éviter 11 assemblage d1un moteur et d'une pompe. En second lieu le système proposé permet de fournir une puissance mécanique plus élevée que les moteurs à membrane: en effet la puissance disponible est proportionnelle à la course des soufflets qui peut être importante. En troisième lieu, la conception des soufflets du système proposé permet dtobtenir un rendement efficace plus grand oue celui des systèmes connus. En effet, les soufflets concernés par lutin vention sont conçus dans le but dtoffrir la plus faible raideur possible pour produire un grand déplacement sous un faible effort, ce qui permet de convertir la presque totalité de lténergie reçue en énergie mécanique. La description qui suit est un exemple non limitatif de réalisation de l'invention. La figure 1 représente le schéma de principe d'une machine thermodynaminue solaire à absorption. La figure 2 représente un exemple non limitatif de ltorgane moteur comme application du dispositif au pompage dtun fluide. La figure 3 représente un exemple non limitatif de ltorgane moteur comme application du dispositif à une machine tournante. Le dispositif représenté sur la figure 1 comprend un circuit fermé de fluide qui a pour origine un réservoir (1) dénommé absorbeur, contenant un mélange biphasé eau/ammoniac (ou bien bromure de lithium/eau) refroidi par une souce froide ( air ex extérieur, sol, eau de nappe ou cours d'eau). L'eau du réservoir peut dissoudre un millier de fois son propre volume de gaz ammoniac. Cette solution liquide sort du réservoir par sa partie inférieure, passe par un clapet anti-retour (2) et pénètre à l'extrémité inférieure du capteur (3) > appelé bouilleur, exposé aux rayons solaires, puis se réchauffe sous l'effet de lténergie captée et laisse dégager le gaz ammoniac dissout.Ce gaz, sorZ tant sous haute pression (quelques atmosphères) de la partie supérieure du capteur, traverse un organe de régulation de pression (4) puis pénètre dans le moteur à soufflets (5) qu'il actionne de façon alternative par un système automatique dlad- mission et dtéchappement (système à soupapes ou à tiroir). A la sortie du capteur solaire, une dérivation (6) comprenant une soupape de sécurité (7) revient directement au réservoir (1). La soupape (7) permet d'éviter les surpressions dans le capteur. Après son échappement du soufflet, le gaz est ramené à l'absorbeur (1), aspiré par la dépression créée par son absorption rapide dans 11 eau contenue dans ce réservoir, ce qui referme le cycle. Le type de soufflet utilisé est constitué par une enveloppe cylindrique dont la génératrice ressemble à celle d'un accordéon: elle se comporte mécaniquement comme une suite de segments rigides liés par une articulation souple à chaque point de rebroussement. La pression interne produite par le gaz provoque l'allongement du soufflet par ouverture des articulations: ctest le principe utilisé dans les baromètres à capsule anéroide. Un matériau adéquat pour la fabrication des soufflets peut être le perfluoralkoxy, ou PFA. C'est une résine fluoro-carbonée qui présente d'excellentes propriétés mécaniques jusqu'à 250in. Lof énergie mécanique est récupérée à partir du mouvement alternatif du ou des soufflets de plusieurs façons différentes, dont les descriptions suivantes sont deux exemples possibles et non limitatifs. Pompe volumétrique: La figure 2 représente un soufflet (8) mobile à l'intérieur d'un cylindre (9) qui constitue le corps de la pompe. Le soufflet sépare avec une parfaite étanchéité d'un côté le gaz propulseur et de l'autre le fluide à pomper. Dans le haut du soufflet est disposée une glissière (10) munie d'un orifice (11) et reliée à la face mobile (12) du soufflet par une tige (13), constituée par deux parties coulissantes l'une sur l'autre. Lorsque le soufflet arrive en fin de détente, la tige coulissante vient au bout de sa course et tire la glissière qui vient alors fermer ltadmission et dont l'orifice vient se placer en face de la tubulure dléchappement. De la même manière, lorsque le soufflet arrive en fin de compression, la tige coulissante vient en butée contre la glissière et ramène son orifice en face de la tubulure dtadmission. Un ressort intérieur (14) assure le rappel du soufflet en compression dès que ltéchappement est ouvert.Le corps de la pompe comprend dans sa partie inférieure une conduite d'admission du fluide à pomper munie d'un clapet interne (15), et une conduite de refoulement munie d'un clapet externe (16). Le débit de la pompe est directement proportionnel à la course du soufflet, à la surface de sa face mobile et à la fréquence du mouvement. Moteur à deux soufflets: Le moteur représenté sur la figure 3 est constitué par deux soufflets de longueur variable, chacun étant mobile à l'intérieur d'un cylindre de guidage. Chaque soufflet est relié au vilebrequin (17) par l'intermédiaire dtune bielle (18) prenant appui sur la face mobile du soufflet. Chaque soufflet est muni d'un système d'admission et d'échappement de gaz du même type que celui décrit précédemment. Il n'y a pas besoin dans ce cas de ressort de rappel des soufflets puisque le premier soufflet est comprimé par le second, par l'intermédiaire du vilebrequin. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé, dans tous les cas où l'énergie solaire est disponible, pour le pompage de l'eau ou pour actionner tout système nécessitant de l'énergie mécanique: pompe hydraulique ou pneumatique, compresseur, générateur électrique, roue motrice ou volant d'entrainement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transformation de-llénergie solaire en énergie mécanique comprenant un circuit étanche de fluide passant successivement par llétat liquide et l'état gazeux, un capteur héliothermique, un organe de récupération d'énergie mécanique et un réservoir refroidi par une source thermique externe, caractérisé par le fait que le fluide utilisé accomplit un cycle évaporation-détente-absorption. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le capteur solaire est utilisé directement comme bouilleur dans une machine thermodynamique à absorption, ce qui donne l'avantage d'utiliser un circuit unique de fluide pour la récupération d'énergie solaire et la production dténer- gie mécanique. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'organe moteur est composé d'un ou de plusieurs soufflets étanches changeant de volume par variation de la longueur, qui permettent dlobtenir une puissance mécanique plus grande que par les dispositifs connus de ce genre. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait qutil permet dtactionner une pompe sans moteur intermédiaire, ce qui permet dtobtenir un rendement énergétique global plus élevé que celui des dispositifs connus de ce genre. 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait qulun soufflet constitue à la fois une enceinte de détente pour le gaz de circulation et l'élément moteur qui fournit directement l'énergie mécanique, ce qui simplifie les organes de transmission.