Brevet FR2523221A1 — publié le 19830916

Procédé et dispositif pour la production d'une énergie directement utilisable à partir de deux sources de chaleur chaude et froide. situées dans une zone de température relativement basse. La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la production d1une énergie directement utilisable à partir de deux sources de chaleur chaude et froide, situées dans une zone de température relativement basse et pouvant présenter entre elles un faible écart de température. Elle a plus particulièrement pour but de permettre la production d'énergie directement exploitable à partir de sources d'énergie calorifiquessituées dans des domaines de température, par exemple de 200C à 300C, pour lesquels les moteurs classiques utilisant le cyclq de Carnot ne permettent pas d'obtenir des rendements suffisants pour justifier leur exploitation. On sait que,dans l'état actuel de la technique, les dispositifs servant à la récupération d'énergie à moyenne température font habituellement intervenir, un circuit fermé ou semi-termé comprenant un bouilleur équipé diun échangeur raccordé à la source chaude, un moteur tel qu'une turbine utilisant la vapeur sous pression produite par le bouilleur et un condenseur équipé d'un échangeur raccordé à la source froide, ce condenseur étant par ailleurs relié au bouilleur. Ce circuit renferme un fluide secondaire à bas point d'ébullition tel que par exemple du fréon. Toutefois, il sZavère que ce type de moteur qui nécessite de porter le fluide secondaire à une température de l'ordre de 600C 'fréons ne permet d'obtenir que des rendements maxima de l'ordre de 6 à 8%, cest~a- dire des rendements particulièrement bas. Par ailleurs, en raison du mauvais rendement des échangeurs utilisés, on constate un abaissement non négligeable de la température du fluide secondaire chgaffé par rapport à la température de la source chaude utilsée qui s trouve deja relativement basse, (étant erred que plus la température de fonctionnement est oasse,plus le rendement du moteur se trouve diminué). Par ailleurs,un grae inconvénient de ces sy-stèmes consiste en ce qu'il n'est pas possible de relever la température du fluide secondaire par rapport à la temperature de la source chaude de maniée à pouvoir taire tonctionner le moteur dans une zone de rendement plus élevée. L'invention a pour but de supprimer tous ces inconvénients. Elle propose un procédé et un dispositif permettant avantageusement utiliser de multipies sources d'énergie qui sont le siège d'émissions calorifiques à des températures pouvant être beaucoup plus basses avec cependant un excellent rendement, ces sources d'énergie pouvant par exemple consister en énergie solaire, énergie thermique des ccéans, l'énergie géothermique, l'énergie calorifique dissipée par fermentation bactérienne, l'énergie dissipée dans les installations industrielles, etc... Pour parvenir à ces résultats, le procédé selon l'invention utilise les caractéristiques de dilatation de certains fluides, appelés ci-apres fluîdoemoteurs, qui présentent dans une zone de température déterminée, un fort gradient de dilatation. Il consiste a réchauffer et à refroidir alternativement ce liquide dans ladite zone de temperature et à utiliser la variation de volume résultant des phénomènes de dilatation du fluide moteur ainsi obtenus, en tant qu'énergie motrice, pour actionner un dispositif récepteur tel qu'une pompe ou un moteur hydraulique. Selon une autre caractéristique de ltinvention, le procédé fait intervenir un fluide secondaire soumis aux variations de volume du fluide moteur, ainsi qu'un moteur hydraulique entratné par les déplacements de fluide secondaire engendrés par les variations de volume du fluide moteur. Ainsi, le dispositif pour l'application du procédé selon l'invention peut comprendre au moins une cuve dont le volume intérieur est divisé en deux chambres séparées au moyen dssune membrane souple, à savoir: - une première chambre, hermétiquement fermée, rem- plie intégralement par le fluide moteur, cette chambre comprenant un échangeur de chaleur destiné à réchauffeur et à refroidir alternativement le fluide moteur, et - une deuxième chambre renfermant le fluide secopdaire et raccordé à un circuit hydraulique destiné à ltactionnement d'un moteur hydraulique pouvant par exemple entratner une génératrice électrique. Dune façon plus précise, ce circuit hydraulique peut comprendre, d'une part, un circuit d'alimentation reliant la susdite deuxième chambre de la cuve à lori- fice d'admission du moteur et comprenant successivemept un clapet de non retour autorisant la circulation du fluide vers le moteur, un accumulateur et, éventuellew- t une vanne de réglage de débit, et, d'autre part, un circuit de retour reliant loritice d'échappement à deuxième chambre de la cuve, ce circuit comprenant successivement un accumulateur et un deuxième clapet de non retour à sens de passage inverse de celui du premier clapet. Bien entendu, le dispositif selon l'invention peut comprendre deux ou plusieurs cuves fonctionnant alterr nativement et alimentant un mdme moteur hydraulique. Il convient de noter que dans le procédé et le dispositif précédemment décrits le choix du fluide mo- teur est prépondérant. Il convient en effet de trouver un fluide moteur qui présente un fort coefficient de dilatation dans une zone de température déterminée par la température de la source chaude et celle de la source froide que l'on veut utiliser.Ainsi, dans une zone comprise entre 20 et 30.0 qui permet l'exploitation d nombreuses sources d'énergie naturelles ou de récupé- ration, actuellement inexploitées, l'invention propos le"FréonW Un mode de réalisation de l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexes dans lesquels: La figure 1 est le schéma théorique d'un moteur fonctionnant contormément au procédé selon l'invention; La figure 2 est un diagramme de dilatation du"FréonZ utilisé dans le moteur représenté figure 1. Avec référence à la figure 1, le moteur se compose tout d'abord de deux cuves 1, 2 dont le volume intérieur est divisé en deux chambres 3, 4, 5 6 séparées par une membrane souple 7, 8, par exemple en élastomère. Les chambres 3 et 5 de ces deux cuves 1, 2 sont complètement remplies par du"Fréon"en phase liquide. A l'intérieur de ces deux chambres 3, 3 se trouvent en outre noyés deux échangeurs de chaleur 9, 10, connectés chacun, par leur entrée à une source de fluide primaire chaud 11 ou à une source de fluide primaire, froid 12, par lsintermédiaire d une vanne trois voies 13, 14. 1.5 sorties de ces deux échangeurs 9, 10 sont directement reliées à un conduit d'évacuation 13. Les chambres 4 et 6 des deux cuves 1, 2 renI.ermept un fluide auxiliaire, par exemple de lehuile. Elles sont raccordées à l'orifice d'admission d'un moteur 16 hydraulique au moyen d'un circuit d'admission à haute pression comprenant, à la sortie des deux chambres 4, 6, deux conduits respectifs 17, 18, équipés chacun d'un clapet de non retour 19, 20 laissant-passer le fluide en direction du moteur 16. Ces deux conduits 17, 18 sp trouvent raccordés à un conduit d'admission unique 21 équipé d'une vanne de régulation de débit 22 et sur lequel est monté, en amont de cette vanne 22, un accus mulateur 23 de type classique. L'orifice de sortie du moteur hydraulique 16 se trouve raccordé à un conduit de retour 24 équipé d'un accumulateur 25, et connecté à la sortie des chambres 4 et 6 par lgintermédiaire de deux conduits respectifs 26, 27 munis chacun d'un clapet de non retour 28, 29 laissant le passage vers la chambre 4, 6 correspondante Dans l'exemple représenté, le moteur hydraulique 16 entrasse une génératrice électrique 30. Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit peut s'énoncer comme suit: En agissant sur les vannes trois voies 13, 14 par exemple par l'intermédiaire d'un automatisme, on fait circuler alternativement dans l'un des deux échangeurs 9, 10 du fluide primaire chaud et dans l'autre échangeur du fluide primaire froid, puis inversement. L'échangeur 9, dans lequel circule le fluide priS maire chaud, va élever la température du fluide moteur contenu dans la chambre 3 correspondante, ce fluide moteur va donc se dilater par exemple de 69* environ dans le cas où le fluide moteur est du"Fréon"passant d'une température de 1ordre de 20 à 25 C àunetempéra ture d'environ 300cl Sous l'eft'et de cette dilatation, la membrane 7 va se déformer en refoulant sous pression le fluide auxiliaire par l'intermédiaire des canalisations 17, 21, vers l'accumulateur 23. Le clapet 28 interdit alors le passage du fluide vers l'accumulateur 23 et la deuxième cuve 2. Par ailleurs, du fait que l'échangeur 10 de la cuve 2 se trouve parcouru par le fluide primaire froid, le fluide moteur se trouve à l'état rétracté, créant ainpi une dépression dans le circuit de retour 24, 26, 27 du moteur 16 et dans ltaccumulateur 25. Le fluide auxiliaire emmagasiné dans l'accumu- lateur 23 sera acheminé à un débit réglé par la vanne 22 vers le moteur 16. Après avoir traversé le moteur 16, il sera aiguillé à une pression régulée par lfaccp- mulateur 25 vers la chambre 6 de la cuve 2. A la in du cycle de travail de la première cuve 1, celle-ci est mise en refroidissement et, simultanément, la seconde cuve 2 est mise en cnautfage On obtient ainsi, à l'entrée du moteur 16 un débit pratiquement constant de fluide auxiliaire. Comme précédemment mentionné,le choix du fluide moteur, dans cet exemple le "Fréon", est prépondérant. En effet comme on peut le voir sur la figure 2 le passage d'une température de 250C à 29 C, c'est-à-dire un écart de 40C se traduit par une dilatation du fluide moteur d'environ 69,e. Il devient ainsi possible d'obte- nir pour l'ensemble du dispositif des rendements de l'ordre de 40/o minimum. Ce dispositif permet donc d'exploiter des sources d'énergies naturelles ou de récupération qu'il était jusqu'à maintenant impossible d'exploiter rentablement REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la production d'une énergie direz tement utilisable à partir de deux sources de chaleur, chaude et froide, situées dans une zone de température relativement basse et pouvant présenter entre elles un faible écart de température, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser les caractéristiques de dilatation de certains fluides convenablement choisis, appelés fluides moteurs, qui présentent au moins dans une partie de la susdite zone de température un fort gradient de dilatation, à réchauffer et à refroidir alternativemept cé fluide dans ladite zone de température et à utiliser les variations de volume résultant des phénomènes de dilatations du fluide moteur ainsi obtenues en tant qu'énergie motrice, pour actionner un dispositif récep teur tel qu'une pompe ou un moteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisp en ce qu'il fait intervenir un fluide secondaire soumis aux variations de volume du fluide moteur, ainsi qutuF moteur hydraulique entraîné par les déplacements du fluide secondaire engendrés par les variations de volume du fluide moteur. 3.- Procédé selon lune des revendications 1 et r, caractérisé en ce que le fluide moteur est du "Fréon" et est soumis à des variations de température dans la zone comprise entre 200C à 30 C, de préférence, de 25-C à 29 C. 4.- Dispositif pour l'application du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'il comprend au moins une cuve 1, 2 dont le volume intérieur est divisé en deux chambres 3, 4 5 6 sép6ps au moyen d'une membrane souple 7, 8 à savoir:: - une première chambre 3, 5, hermétiquement fermée, remplie intégralement par le fluide moteur, cette chambre comprenant un échangeur de chaleur 9* 10, destiné à réchauffer et à refroidir alternativement le fluide moteur, et, - une deuxième chambre 4, 6 renfermant le fluide secondaire et raccordée à un circuit hydraulique destiné a l'actionnement d'un moteur hydraulique 16 pouvant par exemple entratner une géneratrice électrique 30. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le susdit circuit hydraulique comprend, d'une part, un circuit d'alimentation reliant la susdite deuxième chambre 4, 6 de la cuve 1, 2 à l'orifice dad- mission du moteur 16, ce circuit comprenant un clapet de non retour 19, 20 autorisant la circulation du fluide vers le moteur 16, un accumulateur 23 et, éventuellement, une vanne de réglage de débit 22, et, d'autre part, un circuit de retour reliant lsoririce d'échappement du moteur 16 à la deuxième chambre 4, 6 de la cuve 1, 2, ce circuit comprenant successivement un accumulateur 25 et un deuxième clapet 28, 29 de non retour à sens de passage inverse de celui du premier clapet 19, 20. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux cuves 1, 2 fonctionnant alternativement et alimentant un même moteur hydraulique. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend deux cuves 1, 2, en ce que les chambres 4 et 6 renfermant le fluide auxiliaire sont raccordées à l'orifice d'admission du moteur 16 au moyen d'un circuit d'admission comprenant, à la sortie des deux chambres, deux conduits respectifs 17, 18 équipés chacun d'un clapet de non retour 19, 20 laissant passer le fluide en direction du moteur 16, ces deux conduits 17, 18 se trouvant raccordes à un conduit d t a'aàmission unique 21 équipé d'une vanne de régulation de débit 22 ainsi que dWun accumulateur 23, et en ce que l'orifice de sortie du moteur 16 se trouve raccordé à un conduit de retour 24 équipe dtun accumulateur 25 et connecté à la sortie desdites chambres 4, 6 par l'intermédiaire de deux conduits respectifs 26, 27 munis, chacun, d'un clapet de non retour 28, 29 laissant le passage du fluide vers la chambre 4, 6, correspondante. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les chambres 3, 5 des deux cuves 1, 2 qui se trouvent remplies par le fluide moteur comprennent deux échangeurs respectifs 9, 10 connectés, chacun, å une source de fluide primaire chaud 11 ou à une source de fluide primaire froid 12 par l'intermédiaire d'une vanne trois voies 13, 14, les sorties de ces deux échangeurs 9, 10 se trouvant directement reliées à un conduit d'évacuation 19. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux vannes trois voies 13, 14 correspondant aux deux échangeurs sont servocommandées de manière à assurer alternativement le passage du fluide primaire chaud dans l1un des deux échangeurs 9, 10 et du fluide primaire froid dans l'autre échangeur puis inversement.