Brevet FR2590325A1 — publié le 19870522

L'objet de l'invention conçerne un perfectionnement aux dispositifs générateurs d'énergie agissant comme pompe à chaleur thermique notamment les dispositifs formant capacité étanche et motrice de condensation animés par l'exploitation de sources calorifiques combinées aux effets thermiques du traitement des déchets et autres fluides ou matériaux. Il est destiné principalement à utiliser comme moyen de condensation des dits dispositifs, l'effet thermique générateur de la fermentation méthanique de tous déchets notamment les fumiers et autres materiaux riches en matière organiques, ainsi que la captation de la chaleur de toute source génératrice de calories afin de réaliser et de produire de façon combinée une énergie thermique et une énergie mécanique economiquement exploitables à toutes fins. Il est connu d'utiliser la chaleur notamment énergie Eolaire à des fins d'applications multiples comme source calorifique des moteurs à cycle thermiqueoû thermodynamique pour procurer une énergie exploitable industriellement, mais tous ces dispositifs ont un rendement global médiocre et demande des installations complexes et onéreuses découlant généralement de la difficulté pour réaliser des élirents de ccndensation performants. Il est connu par ailleurs que pour presenter un bilan l,ositif les dispositifs industriels connus exploitant notamment la ferm & - tation méthanique par anaérobioFe de déchets necessitent un apport de chaleur permanent d'activation du dit processus c'anaérobiose ( fermentation à l abri de l'air ) impliquant la réalisation de cuves de digestion des matières organiques des dits déchets dont ltéfficacité est liée principalement à leur capacité de stocker fuis de restituer à la demande et de façon différée la dite chaleur d'activation. Le dispositif selon l'invention supprime ces inconvénients et permet l'exploitation combinée de la chaleur'de condensation des fluides frigorigènes et des effets thermiques du traitement des dits déchets et autres produits. On connait également l'intéret d'utiliser comme moyen de transfert thermique une pompe à chaleur,qui réside dans le fait que la quantité d'énergie consommée pour entrainer le compresseur est faible par rapport à la quantité d'énergie dégagée au condenseur du circuit frigorifique associé au dit compresseur et que le rendement global est d'autant meilleur que la différence entre les sources formant évaporateur ( absorption de la chaleur ) et condenseur ( évacuation de la chaleur ) est faible et que le dit compresseur est entrainé par un moteur thermique. Le disposifif selon l'invention exploite au mieux ces avantages par la combinaison d'une source calorifique chauffant par l'intermédiaire d'un accumulateur thermique un fluide moteur contenu dans un bouilleur alimentant un moteur thermique dont le carter formant capacité motrice se prolonge de façon étanche par une capacité de condensation du dit fluide moteur en contact intime avec au moins un élément constitutif d'au moins un circuit frigorifique animé par au moins un compresseur d'un dispositif formant capacité de transfert thermique de la chaleur de condensation du dit fluide moteur en circulatodans la dite capacité étanche et motrice de condensation, vers au moins une unité périphérique de traitement de déchets, étant précisé que suivant un mode de réalisation préféré au moins un compresseur du dit dispositif de transfert thermique formant pompe à chaleur est entrainé par le dit acteur thermique animé par la captation d'une source calorifiquefiet et générateur d'une énergie mécanique exploitable à toutes fins. Sur le dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif d'une forme de réalisation de l'objet de l'invention La fig. t montre, vu dans son ensemble, le dispositif selon l'invention. Une source calorifique 1 par exemple un capteur solaire, alimente un accumulateur calorifique 2 permettant le chauffage du fluide moteur moteur contenu dans le bouilleur 3 et son & évation en pression. Ce fluide moteur volatil sous pression à une température donnée est amené par la canalisation 4, à la capacité motrice 5 formant moteur thermique, où il se détend dans au moins un cylindre 6 avec groupe moteur a'entrainement d'un arbre 7 après être passé dans un distributeur 8, puis est évacué dans la capacité de condensation 9 après être passé dans un distributeur 8A. Il libere alors ses calories en se condensant, puis retourne au bouilleur 3 par les canalisations 10 et 11 Bous l'action d'un compresseur de reinjection 12. L'ensemble du circuit thermique qui vient d'entre décrit formant capacité étanche et motrice de condensation. La capacité de condensation 9 est en contact intime par 1' intermédiaire d'au moinsun accumulateur thermique 9A avec au moins un élément 14 formant évaporateur absorbeur de la chaleur d'au moins un circuit frigorifique étanche contenant un fluide frigorigène, comprenant au moinsun détendeur 15, une canalisation 16 reliant le dit évaporateur 14 Q l'élément constitutif 17 formant condenseur évacuateur de la chaleur, une canalisation 18 reliant le dit condenseur à un compresseur 19, une canalisation 20 reliant le dit compresseur 19 à l'évaporateur 14.On notera que les compresseurs 12 et 19 sont préférentiellement entrainés par les cames profilées 21 et 22, solidaires de l'arbre moteur 7, ceci afin d'exploiter au mieux les taux de compression des fluides frigorigénes dans les circuits thermiques respectifs qui viennent d'être décrit. Le condenseur 17 est préférentiellement en contact intime avec au moins un accumulateur thermique 23, contenu dans au moins une unité périphérique de traitement deE déchets 24 . Ainsi sous action du compresseur 19 le fluide frigorigène circule dans le circuit frigorifique qui vient entre décrit transférant suivant un mode opératoire connu par lthomme de métier au moins partiellement la chaleur de condensation du fluide moteur contenu dans la capacité decondensation 9 vers la capacité 23 formant accumulateur thermique contenu dans l'unité périphériue de traitement 24 combinant au mieux les effettwermi^.ues respectifs de la dite condensation du dit fluide moteur et des dits processus de traitement de déchets et autres produits avec une dépense d'énergie minimale du fait de l' exploitation de l'effet thermique du dispositif formant capacité de transfert thermique par au moins un compresseur 19 entrainé préférentiellement par au moins une came profilé 22, cette combinaison ayant pour résultat une optinisation du rendement global et la réalisation d'un dispositif multifonctionnel autonome énergétiquement générateur d'une énergie thermique et d'une énergie mécanique exploitables à toutes fins. Une application préférée du dispositif selon l'invention concerne la réalisation d'une mini-station de traitement des déchets riches en matériaux organiques, par anaero- biose destinée à produire du méthane à un cott exploitable iniustriel- lement. La capacité étanche de condensation 9 du moteur thermique 5 est partiellement contenu-dans une unité centrale de traitement 25 en contact intime avec un accumulateur calorifique 26 formant régulateur thermique et un accumulateur calorifique 9A contenant les évaporateurs 14, 14AX 14B reliés respectivement et de façon étanche aux détendeurs 131 15As 15B puis aux condensateurs 17, 17A, 17B par les canalisations 16, 16A, i6, reliés eux- mimes respectivement aux compresseurs 19, 19A 193 par les canalisations 18 81AX 18B, les dits compresseurs étant entratnés par au moins une came profilée 22 par l'axe moteur 7 du moteur thermique 5. L'accumulateur thermique 26 étant contenu dans la capacité centrale 25. Les dits condensateurs 17s17A17B étant contenus respects vements dans les capacités d'accumulation thermique 23, 23A, 23B contenus respectivement dans les unités périphériques de traitement des déchets par anaérobiose 24, 24a, 24B reliés entre elles de façon étanche conduit 27 à la capacité centrale 25 à travers une capacité de stockage 28 du biogaz brut issu de la digestion anaérobique des dits déchets, puis une capacité 29 d'épuration du dit bio-gaz brut permettant la séparation méthane/gaz carbonique, le dit conduit 27 se prolongeant jusqu'à un premier compresseur 30 qui aspire le dit méthane et le comprime par le conduit 30A dans le vase de stockage 31 å une pression PI, un deuxième compresseur 32 aspire le méthane dans 31 par le conduit 33 et le comprime par conduit 33A à une pression P2 dans le vase stockage 34, un troisième compresseur 35 aspire par le conduit 36 le méthane dans le vase 34 et le comprime par le conduit 37 dans le vase de stockage 33 à une pression P3 exploitable industriellement, la dite capacité 3E étant preférentiellement échangeable .Les dits compresseurs 30 322 35 étant entrainés par au moins une cane 39 profilée, positionnée angulairement de façon judicieuse par rapport à la came d'entraîne- ment 22 des compresseurs formant rompe à chaleur, pour permettre une optimisation du rendement. La digestion bactérielle des matériaux frais formant déchets nécéssite leur immerssion dans un liquide tel le purin dont la circulation dans les digesteurs rst généralement assurée par une pompe fonctionnant à l'électricité où autre.Le dispositif suivant l'invention obvie à cet inconvenient et assure la dite circulation par un compresseur 40 entrainé par l'arbre 7 du moteur thermique 5 qui aspire le liquide à travers la canalisation 41 reliée étanche aux capacité 23, 24, 24A, 24B traversant un vase de stockage 42 et le refoule par la canalisation 43 à travers le vase de stockage 44, reliée de façon étanche aux dites capacités 23, 24, 24A, 24B et aux cannes d'injection du purin 45, 45A, B, C, reliées à la dite canalisation 43.Les capacités de traitement 24, 24A, 25 contenant les déchets sont étanches et auto équilibrées en pression par conduit de communication C, C1, C2, C3 selon les moyens connus par l'homme de métier et à une température de digestion à l'abri de l'air d'environ 370C procurée par l'apport calorifique des accumulateurs 23 23A, 23B 26, la température d'évaporation des éléments 14, 14A, 14B étant refoulé à la demande de telle sorte à optimiser le rendement global en fonction des objectifs. Dans un but d'optimisation de la production de bio-gaz le vase de stockage 31 à la pression P7 est relié par le conduit étanche 46 à un vase de distribution 47 relié par conduits 48 aux déchets contenus dans les capacités 25, 24, 24A, 24B, de telle sorte que cette pression supérieure à celle mesurée au sein des dits déchets immergés On notera que le dispositif décrit selon l'invention, utilisable préférentiellement par combinaison avec l'activation du processus d'anaérobiose, pour la compression du bio-gaz issu de la fermentation méthanique à des fins d'exploitation industrielle, est toutefois connu pou repondre à des besoins tels que la production d'électrinité, l'irri;;ation, le pompage, le séchage de tous déchets et toutes autres aplications nécessitant l'application de l'energie motrice procurée sur l'axe moteur 7, combiné à l'énergie thermique de la chaleur de condensation du fluide moteur de la capacité ther trique 5 évacuée par le circuit de transfert thermique formant pompe à chaleur 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. On notera enfin que selon le type d'application les cycles thermiques des différents circuits thermiques décrit selon l'inventicn pourront être inversés comme dans tcut dispositif connu formant pompe à chaleur. Toutefois, les formes et ci3iositions des différents élémen!sX ainsi d'illeurs que les matières et fluides utilisées pour leur fabrication pourront varier dans la limite des équivalents, sans changer pour cela la conception générale de l'invention qui vient d'etre décrite. REVENDICATIONS 1) Dispositif suivant l'invention1 générateur d'une énergie mécani que exploitable toutes fins et d'une énergie thermique destinée au traitement des déchets et autres produits, par l'application combinée d'une source de chaleur et des effets thermiques du traitement desdits déchets agissant simultanément sur une capaci té étanche et motrice de condensation, caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison un élément chauffant (1), un accumulateur thermique (2), avec bouilleur (3), relié par conduit (4) à un moteur thermique formant carter condenseur (5) avec éléments cons titutifs (6, 7, 8, 8A) contenus dans ledit carter (5), prolongé par une capacité étanche de condensation(9), en contact intime avec un élément (14) formant évaporateur d'un circuit frigorifique fermé 1a.15.16.1.18.19.20 dont l'élément (17) formant condenseur est contenu dans une cuve de traitement (24), l'élément (19) for mant compresseur d'une pompe à chaleur agissant sur le fluide frigorifique contenu dans ledit circuit frigorifique qui transfere la chaleur de ladite capacité de condensation (9) à l'intérieur de la cuve de traitement (24). 2) Dispositif selon 1a revendication 1 caractérisé en ce que ll éva- porateur (14) est contenu dans un accumulateur thermioue(gA) as socié thermiquement à la capacité de condensation (9) , alors que le condensateur (17) est contenu dans un accumulateur thermique (23), contenu lui-même dans une cuve de traitement (24) 3) Dispositif de la revendication 1 caractérisé en ce que le compresseur (19), formant pompe à chaleur est entraîné par l'axe (7) du moteur thermique (5). 4) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu' une came profilé (22) solidaire de l'axe moteur (7) du moteur thermique agit sur le compresseur (19) formant pompe à chaleur. 5) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en qu'un compres seur (40) entrainé par l'arbre moteur (7) du moteur thermique (5) assure la circulation du fluide contenu dans la cuve de traitement (24). 6) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'axe moteur (7) du moteur thermique (5) est solidaire d'un moyen de compression (30, 32, 35) du biogaz issu de la fermentation. 7) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la capacité de condensation (9) est contenu partiellement dans une cuve de traitement (25). 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dite capacité (9) est en contact intime avec les évaporateurs (14, 14A, 14B) reliés au condenseurs (17, 17A, 17B) contenusrespectivement dans les cuves de traitement (24, 24A, 24B) 9) Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les cuves (24, 24A, 24B, 25) sont reliés par conduits étanches (27 et 41, 43) respectivement aux compresseurs (30 et 40)