Brevet FR2534322A1 — publié le 19840413

"Moteur solaire notamment pour le pompage de l'eau et la production d'énergie électrique ou mécanique". La présente invention concerne un moteur solaire convertissant l'énergie thermodynamique en énergie mécanique par l'intermédiaire d'un fluide thermodynamique en circuit bouclé, moteur comportant essentiellement un évaporateur et un condenseur associés a un dispositif mécanique actionné par l'énergie thermodynamique du fluide, moteur dont le dispositif mécanique comporte un seul ensemble rigide mobile dont le déplacement alternatif sous l'action de la différence de pression entre l'évaporateur et le condenseur annule en fin de course cette différence de pression et le dispositif mécanique comporte essentiellement un tube solidaire d'un axe horizontal de basculement et faisant communiquer l'espace interne de l'évaporateur avec l'espace interne du condenseur, la paroi du tube étant reliée de façon étanche à la paroi de l'évaporateur ainsi qu'à la paroi du condenseur et le tube pénétrant profondé- ment à l'intérieur de l'évaporateur tandis qu'il ne pénètre pas à l'intérieur du condenseur. L'invention concerne notamment un moteur solaire destiné à fournir du travail mécanique par exemple utilisé pour le pompage de l'eau, pour l'irri- gation, etc ou encore de l'énergie électrique. La présente invention se propose de créer un moteur du type ci-dessus et qui, en particulier, puisse fonctionner en utilisant les réserves,de froid et de chaleur d'une source froide et d'une source chaude, quelles que soient par ailleurs les variations climatiques de courte période (nuit/jour), variations de l'ensoleillement au cours de la journée, etc pour fournir du travail de façon très régulière. A cet effet, l'invention concerne un moteur caractérisé en ce qu'il se compose d'un condenseur ayant une grande surface d'échange thermique avec l'air et l'évaporateur comporte une cloison séparant le fond de la cuve de l'évaporateur en deux chambres, le tube de liaison de l'évaporateur et du condenseur débouchant profondément dans l'une des chambres et l'autre chambre contient un échangeur de chaleur pour le fluide thermodynamique. Suivant une caractéristique de l'invention, l'évaporateur est constitué par un faisceau de tubes en contact avec l'air. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur est constitué d'un bottier parallélépipédique dont la surface extérieure est déformée pour être supérieure à la surface plane correspondante. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur est de forme cylindrique à fond bombé. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur est de forme parallélépipédique à fonds arrondis. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'évaporateur est en un matériau isolant thermique ou entouré d'un isolant thermique et le condenseur est en un matériau bon conducteur de la chaleur. 2534322- La présente invention sera décrite plus en détail à l'aide des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est'un schéma de principe du moteur, selon l'invention, La figure 2 est une vue en perspective d mode de réalisation, La figure 3 est un détail de l'évaporatei du moteur de la figure 2, Les figures 4 et 5 montrent un second mode de réalisation de l'invention dans deux positions différentes. L'un Les figures 6 et 7 montrent deux formes de réalisation d'un évaporateur. Selon la figure 1, le moteur se compose d'une partie mobile ou balancier qui comporte un évaporateur I formé d'une cuve 1, d'un condenseur Il formé d'un volume 2 de dimensions relativement importantes pour offrir une grande surface d'échange de chaleur avec l'air ambiant; l'évaporateur I et le condenseur II sont reliés par un tube de liaison 3 qui débouche profondément dans la cuve 1 de l'évaporateur I La cuve 1 comporte sur son fond une plaque transversale 4 qui dubdivise le fond de la cuve 1 en deux parties 5 et 6 séparées l'une de l'autre et ne communiquant que si le niveau du liquide dépasse la hauteur de la cloison 4 La partie 31 du tube de liaison débouche dans la partie 5 de la cuve 1 alors que la partie 6 de la cuve 1 comporteun échangeur de chaleur 7 relié à-la source chaude 8 par une canalisation d'entrée 9 et une canalisation de sortie 10. Schématiquement, le volume 2 du condenseur II est constitué par un faisceau de tubes 11, 12, 13, 14 relié par un tube de liaison 15 à la partie basse et un tube de liaison 16 à la partie haute Le tube de liaison 15 débouche lui-même dans la partie 32 du tube 3. A l'intérieur du volume 2 du condenseur II, il est prévu un échangeur de chaleur 17 représenté ir schématiquement par une ligne continue allant d'une conduite d'entrée 18 à une conduite de sortie 19 reliées à une source de froid 20 Les parties de tube 31 et 32 sont reliées l'une'a l'autre par une liaison à bride 33 munie d'un isolant 34 de façon à éviter l'échange de chaleur par conduction entre la partie de tube 31 du côté de l'évaporateur (partie chaude) et la partie 32 du côté du condenseur (partie froide). L'équipage ainsi formé pivote autour d'un axe 21 qui constitue l'axe d'équilibre. La cuve 1 contient du liquide thermo- dynamique qui, sous l'effet de la chaleur, dégagée par l'échangeur de chaleur 7, s'évapore La pression de la phase gazeuse au-dessus du niveau de liquide dans la cuve 1 qui ne peut s'échapper aussi longtemps que le niveau du liquide est supérieur au niveau de l'orifice de la partie de tube 31 dans la cuve 1, refoule le liquide qui remonte dans le tube 31 puis dans le tube 32 et fait basculer l'ensemble en relevant la cuve 1 de l'évaporateur. Arrivé à une certaine position de basculement, le niveau du liquide dans la cuve 1 libère l'orifice du tube 31 si bien que le gaz remonte à travers le tube 31, 32 pour arriver dans le condenseur En même temps, la colonne de liquide redescend dans la cuve 1 et les gaz se condensent dans le condenseur L'équipage mobile bascule alors en sens inverse pour revenir dans la position initiale. Cela correspond à la fin d'un cycle de fonctionnement. Il est important que l'amplitude du mouvement de basculement soit grande Aussi le fond de la cuve 1 est-il subdivisé en deux parties et 6 par la cloison 4 de façon qu'au cours de la première phase de fonctionnement, la colonne de liquide puisse monter suffisamment dans le condenseur et provoquer un déséquilibre important avant de déjauger, c'est-à-dire avant que le niveau de liquide dans la partie 5 de la cuve 1 ne libère l'orifice 35 de la partie de tube 31. Il faut, par ailleurs, que le mouvement inverse se fasse de façon aussi rapide que possible et que la descente du liquide ne soit pas gênée par le liquide contenu dans la cuve 1, grâce à la retenue de liquide qui se fait derrière la cloison 4 dans la chambre 6 au cours de cette seconde phase du mouvement de l'équipage mobile. Les figures 2 et 3 montrent un autre mode de réalisation d'un moteur selon l'invention. Ce mode de réalisation se compose d'un bâti 40 portant l'axe moteur 41 auquel est fixé solidairement par une patte 42 l'équipage mobile décrit ci-dessus Ces équipage mobile se compose d'un évaporateur 43 de forme cylindrique à fond 44 bombé, d'un condenseur 45 formé d'un faisceau de tubes et d'un tube de liaison 46 En fait, l'évaporateur 43, muni de la partie correpondante de tube de liaison 46, d'une part, et le condenseur 45, muni de sa partie de tube 46, d'autre part, sont reliés par une liaison isolante 47 évitant l'échange de chaleur par conduction entre l'évaporateur 43 et le condenseur 45. La figure 3 montre le détail de l'évaporateur 43 et, en particulier, la cloison 48 correspondant à la cloison 4 de la figure 1 et le tube 46 qui débouche dans la chambre derrière la cloison 48. Les figures 4 et 5 montrent un autre mode de réalisation du moteur dé l'invention, dans deux positions différentes Ce moteur correspond, pour l'essentiel, au moteur de la figure 2 Il se compose d'un évaporateur en forme de parallélépipède à extrémités arrondies, d'un condenseur 51 formé d'un faisceau de tubes et d'un tube de liaison 52 reliant l'évaporateur 50 au condenseur 51. L'évaporateur 50 comporte une cloison 53 analogue à la cloison 4 et un échangeur de chaleur 54 Le condenseur 51 est muni d'un échangeur de refroidissement 55 L'éva- porateur et le condenseur sont séparés par une liaison isolante 56 L'ensemble est solidaire d'un axe de sortie 57 qui transmet le mouvement à l'extérieur. La position représentée à la figure 4 correspond à la position de montée de la colonne de liquide, selon la flèche A dans le tube 52 jusque dans le condenseur 51 La position 5 montre la position de basculement correspondant au retour de l'équipage mobile dans la position de la figure 4 par le retour du liquide de la colonne 52 dans la cuve de l'évaporateur 50, suivant la flèche B. Alors qu'au mode de réalisation des figures 2 et 4, le condenseur 45, 55 est constitué par un faisceau de tubes, les modes de réalisation des condenseurs 60 et 70 des figures 6 et 7 sont des bottiers pleins munis d'une surface extérieure 61, 71, ondulée pour augmenter la surface d'échange avec l'air. De façon générale, l'évaporateur est réalisé en un matériau isolant ou est entouré d'un matériau isolant pour limiter les déperditions de chaleur Inversement, le condenseur est constitué en un matériau conducteur de façon à favoriser l'échange de-chaleur avec l'air. L'échangeur de refroidissement 11, 55 4 (figures 1, 4) peut aller au-delà du condenseur 2, 51 et descendre partiellement dans le tube de liaison 32, 52, pour la partie de ce tube qui se situe du côté du condenseur par rapport à la liaison isolante 33, 56. La source de chaleur 8 alimentant l'évaporateur est de préférence une réserve de fluide caloporteur chaud, qui reçoit sa chaleur de capteurs par exemple solaires La réserve de la source chaude 8 est choisie de préférence pour pouvoir alimenter en permanence le moteur jour et nuit. La source froide 20 est de préférence une source d'eau froide obtenue par des installations de froid par exemple à énergie solaire. Le moteur, selon l'invention,, est en particulier destiné à des endroits isolés, sans alimentation électrique, de façon à pouvoir travailler en autonomie pour fournir de l'énergie mécanique entraînant une pompe d'eau d'alimentation d'eau d'irrigation, etc ou encore une génératrice de courant électrique. RE V E N D I C A T I O N S ) Moteur solaire convertissant l'énergie thermodynamique en énergie mécanique par l'intermédiaire d'un fluide thermodynamique en circuit bouclé, moteur compor- tant essentiellement un évaporateur et un condenseur associés à un dispositif mécanique actionné par l'énergie thermo- dynamique du fluide, moteur dont le dispositif mécanique comporte un seul ensemble rigide mobile dont le déplacement alternatif sous l'action de la différence de pression entre l'évaporateur et le condenseur annule en fin de course cette différence de pression et le dispositif mécanique comporte essentiellement un tube solidaire d'un axe horizontal de basculement et faisant communiquer l'espace interne de l'évaporateur avec l'espace interne du condenseur, la paroi du tube étant reliée de façon étanche à la paroi de l'évaporateur ainsi qu'à la paroi du condenseur et le tube pénétrant profondément à l'intérieur de l'évaporateur tandis qu'il ne pénètre pas à l'intérieur du condenseur, moteur carac- térisé en ce qu'il se compose d'un condenseur ( 2, 51, 61, 71) ayant une grande surface d'échange thermique avec l'air et l'évaporateur ( 1, 43, 50) comporte une cloison séparant le fond de la cuve de l'évaporateur en deux chambres, le tube ( 31, 46, 52) de liaison de l'évaporateur et du condenseur débouchant profondément dans l'une des chambres et l'autre chambre contient un échangeur de chaleur ( 7, 54) pour le fluide thermodynamique. ) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporateur ( 2) est constitué par un faisceau de tubes ( 11, 12, 13, 14) en contact avec l'air. 30) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporateur ( 60, 70) est constitué d'un bottier parallélépipédique dont la surface extérieure est déformée pour être supérieure à la surface plane correspondante. ) Moteur selon la revendication 1, caractérisé -en ce que l'évaporateur ( 1, 43) est de forme cylindrique à fond bombé. ) Moteur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'évaporateur ( 50) est de forme parallé- lépipédique à fonds arrondis. 6 ) Moteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'évaporateur est en un matériau isolant thermique ou entouré d'un isolant thermique et le condenseur est en un matériau bon conducteur de la chaleur.