Brevet FR2529948A1 — publié le 19840113

La presente invention concerne les appareis de type convertisseurs d'energie à basse temperature, utilisant les proprietes des fluides dits frigorigenes. Par basse temperature, il convient d'entendre les niveaux de temperatures couramment rencontrés au sein des différents fluides qui nous entourent dans un environnement climatique ordinaire, soit en principe inférieure à 5QO C. Dans les dispositifs de ce genre, la seule utilisation des propriétés de changement d'état des fluides frigorigenes s'est limitée jusqu'à ce jour, dans l'application dénommée "Caloduc" au transfert d'energie thermique d'une source à temperature Ti, sans apport d'energie extérieure, à une source à température T2, inférieure à T1, à l'exclusion de toute transformation en energie mécanique, électrique ou magnétique. Cependant, l'utilisatåon de liteau dans les machines dites à vapeur permet effectivement de transformer une énergie thermique en mécanique, toutefois, il ne s'agit pas dans ce cas de l'utilisation d'une source qualifiable de basse tempe- rature. L'appareil selon l'invention, permet de transformer une énergie thermique en énergie mécanique , energie thermique d'une source S1, à basse température T1 en énergie mécanique , électrique ou magnétique, pourvu que l'utilisateur dispose d'un deuxième milieu S2 à température T2 inférieure à Ti, grace à l'utilisation conjointe dans un circuit frigorifique d'un motodétendeur, récupérant l'énergie mécanique du gaz passant d'une pression P1 à une pression P2 inférieure à pi, et d'une pompe volumetrique assurant le retour d'un liquide frigorigène du milieu de condensation au milieu d'évaporation. Selon une première variante, l'ensemble motodétendeur-pompe est constitué d'un rotor à palettes, tournant dans un carter dpnt une partie assure la fonction détente, et l'autre partie la fonction pompe(fig 1) Selon une deuxième variante, l'ensemble motodétendeur-pompe est constitué de deux engrenages tourant, dentures imbriquées dans un carter, la partie libre des dentures assurant la fonction détente, et la partie imbriquée la fonction pompe. Selon une troisième variante, I1 ensemble moto détendeurpompe est constitué de l'accouplement d'un détendeur à trochofbe du type WANKEL, avec une pompe du type piston, palette, ou engrenage. Selon une quatrième variante, l'ensemble motodétendeurpompe est constitué de l'accouplement d'un détendeur à piston et soupapes du type conventionnel, avec une pompe du type piston, palette, ou engrenage. Selon une cinquième variante, ltenseQun Rgtoenaeurndeur et pompe est constitué de l'accouplement/du type turbine avec une pompe du type piston, palette, ou engrenage. Selon une sixième variante, le motodétendeur et la pompe du type de la figure 1 par exemple, ne transmettent plus d'énergie mécanique à l'arbre, mais le fluide frigorigène utilisé, doté de propriétés ioniques, induit, dans son déplacement une énergie electromagnétique, energie récupérée dans le milieu extérieur par tout moyen permettant d'emploi -ter le champ magnétique créé. La figure 1 annexée, est un schéma de l'appareil lorsque le motodétendeur et la pompe sont constitués d'un mame rotor à palettes tournant dans un carter à double effet. Pour faciliter la compréhension du fonctionnement, le groupe motodétendeur pompe est représenté dans des proportions supérieures à un casréel en regard des condenseurs et évaporateurs. L'appareil est composé d'un évaporateur baigné par la source S1, relié par une tubulure à un motodétendeur (cercle pointillé 2), le dit motodétendeur pouvant faire partie intégrante d'un ensemble tournant assurant par ailleurs la fonction de pompe(4). Ce motodétendeur débouche par une tubulure sur un condenseur (3), baigné par le milieu S2. Le condenseur(3) est relié à une pompe (pointillé-4), pouvant faire partie de l'ensemble tournant comprenant le motodétendeur(2). La pompe(4) est enfin reliée par tubulure à l'évaporateur(1). Un circuit de dérivation (5), muni d'une vanne de règlage(6) pouvant entre commandée de façon automatique ou manuelle L'ensemble fermé ainsi réalisé est chargé d'une quantité déterminée d'un fluide frigorigène approprié. Les déterminations du fluide et de la quantité de celui ci sont faites en fonction des températures des sources S1 et S2 afin d'obtenir sous pression convenable évaporation en (1) et condensation en (3) du fluide utilisé. Le dimensionnement du motodétendeur et de la pompe sont calculés de façon à ce que le débit massique de la pompe soit légèrement supérieur au débit massique dumotodétendeur. L'arbre moteur(7), éventuellement commun au motodétendeur et à la pompe, receuille l'énergie mécanique disponible. Le fonctionnement se décrit comme suit: Le liquide, présent dans l'évaporateur en quantité et pression adéquate, se vaporise sous lteffet de la transmission thermique du milieu S1 à ltévaporateur(1).Il règne en 1 une pression P1,-fonction de la température T1' du fluide. En (3) le gaz, provenant du motodétendeur, se condense àla température T2' sous l'effet de l'absorbtion thermique à laquelle il est soumis de la part du milieu S2. Il règne en (3) une pression P2, fonction deT2', inférieure à Pi, car: T2'NT2 La pompe (4) prélève dans le condenseur(3) une quantité appropriée de liquide à pression P2, et la transporte dans l'évaporateur(1) à pression Pi. Cependant le volume déplacé par la pompe est très inférieur au volume déplacé par le motodétendeur. Ainsi le bilan des forces résultantes des différentes pressions sur les éléments mobiles de ltappareil, laisse apparaitre un couple résultant, disponible sur l'arbre (7). La vanne (6) sur la dérivation (5) permet d'ajuster le remplissage de l'évaporateur en fonction de S1 et de S2. L'appareil, selon ses-différentes variantes, trouve son application dans tous les cas ou sont disponibles deux sources à basse température différentes, pour la production d'énergie mécanique, électrique ou mime thermique à un niveau supérieur à celui des sources utilisées. Il pourra Qtre associé à une génératrice électrique, à une pompe à chaleur, à un générateur thermique à friction, à un groupe frigorifique, à un groupe de climatisation... REVENDICATIONS. 1. Moteur thermique fonctionnant en cycle fermé, caractérisé par l'utilisation d'un fluide frigorigène tel que évaporation en(1) et condensation en(3) s'effectuent à des températures inférieures à 50 C (323 K) 2. Moteur thermique, suivant revendication 1 caractérisé par l'association d'un organe motodétendeur(2), actionné par la phase gazeuse du fluide utilisé, avec un organe pompe(4) agissant sur le recyclage de la phase liquide. 3. Moteur thermique, suivant revendication2, caractérisé par la présence dans le circuit d'une dérivation (5) de règlage, agissant sur les performances de l'appareil.