Brevet FR2589226A1 — publié le 19870430

a présente invention concerne des groupes autonomes de transferts de chaleur. Ceux-ci sont principalement utilisés pour la production de chaleur, la production de froid, la production de courant électrique. Actuellement les transferts de chaleur sont effectués par des groupes moto-compresseurs, qu'il s'agisse de pompes à chaleur, ou d'installations frigorifiques. Ces groupes moto-compresseurs consomment du courant électrique pour leur fonctionnement. Ceux-ci sont fabriqués d'un grand nombre de pièces mécaniques précises, souvent en mouvement, d'où usure, perte de rendement, jusqu'à dégradation des ensembles. Ceux-ci sont d'un prix de revient relativement élevé. Pour la production de courant électrique d'origine thermodynamique, des groupes turbo-alternateurs entre chau dières et condenseurs, transforment l'énergie cinétique de la vapeur en courant électrique. L'on tend vers les plus hautes températures autorisées pour améliorer les rendements et, ainsi réduire les pertes de chaleur qui restent cependant importantes. aux points d'utilisation du courant électrique l'on ne dispose pas de plus d'environ I/3 de l'équivalence de chaleur dépensée. Par les groupes de la présente invention, le transfert de la chaleur est effectué avec une batterie éjectairinjecteur. Chaque groupe comprend principalement : un évaporateur qui est la partie basse pression (B.P.). Un condenseur qui est la partie où se concentre la chaleur puisée, cette partie est la partie haute pression (H.P.). Une batterie éjectairinjecteur pour transférer la chaleur prise à l'évaporateur vers le condenseur. Pour son fonctionnement de régime normal, cette batterie ne nécessite aucun apport d'énergie à ce qui est partiellement puisé au groupe. A la mise en service, le condenseur est isolé de communication. Il est mis en pression par un chauffage (électrique) ou simplement à l'aide d'une pompe à main qui prend le fluide liquide à l'évaporateur et le transfère sous pression au condenseur. La pression H.P. de fonctionnement étant atteinte, le groupe entre en fonctionnement sans arrêt et sans apport d'énergie extérieure, hormis la chaleur puisée au milieu dans lequel se trouve l'évaporateur et tant que cette chaleur reste suffisante. Le robinet d'isolement est ouvert lorsque la pression B.P. de fonctionnement normal est atteinte. Le groupe dans le cas d'un transfert de chaleur fonctionne dans les mêmes conditions de températures (sauf surchauffe) et de pressions, qu'une pompe à chaleur. Des appareils de régulation permettent de libérer du condenseur d'une part des quantités de fluide en état de vapeur sous pression vers la batterie, et, d'autre part des quantités de fluide liquide vers l'évaporateur. Le fluide sous pression du condenseur entre en grande vitesse à l'intérieur de la batterie ; au premier étage de celle-ci (éjectair), il aspire la vapeur du fluide chargée de la chaleur de vaporisation. Le mélange gazeux est repris en série au second étage (injecteur) pour être refoulé sous pression au condenseur. C'est énergie cinétique de la vapeur d'entrainement qui se transforme en travail de compression du mélange vers le compresseur. La transformation est adiabatique, il y a transformation totale de la quantité de chaleur soustraite au condenseur par le fluide moteur. Dans un système moto-pompe à chaleur, avec des conditions satisfaisantes, pour une consommation de.un au motocompresseur, l'on obtient quatre au condenseur. Soit s venant de lévaporateur + I fourni par le moto-compresseur = 4. Dans les mêmes conditions, avec l'installation en objet, l'on obtient deux au condenseur = soit les 3 disponibles venant de l'évaporateur moins I nécessaire au travail d'entrainement des vapeurs de la B.P. vers la H.P. Ceci sans apport d'énergie de quelque nature en régime normal i-e groupe a puisé à la source l'énergie nécessaire au transfert de la chaleur restante. Dans le cas d'une production frigorifique, les résultats sont supérieurs à ce que ci-dessus dans le sens du but à atteindre. (c'est le côté d'évacuation H.P. qui sert de moteur au côté B.P. sens du but à atteindre). Des installations en série permettent d'atteindre de basses températures.. Pour le cas d'une production de courant électrique, un turbo-alternateur est placé entre le condenseur et l'éva- porateur. C'est à dire dans le sens de la source froide à la source chaude. Ceci est inverse à ce que fait actuellement. Pour une production électrique, il est nécessaire de disposer d'une source de chaleur importante, ou, tout au moins avoir une bonne stabilité de celle-ci, plus qu'une température relativement élevée. Sur la chaleur restante au condenseur, une partie sera transformée en courant électrique par le turbo-alternateur7 le reste déconcentré fait un nouveau passage à la source de chaleur. La production instantanée est en rapport de la surface de l'échangeur B.P., une turbine parfaitement adaptée au cas, (une quantité de chaleur suffisante) plus que par un "rendement apparent" à chaque passage du fluide. A partir de groupes de base nécessaires, l'on peut faire des associations d'amélioration globale : par exemple chambre froide + chauffage atelier ou chambres froides + production de courant électrique... La figure I représente un groupe comprenant un évaporateur (I) équipé d'un mano-thermomètre. Un barostat (2) libère les quantités nécessaires de fluide liquide à l'évaporateur en rapport des pressions (ou températures). Un condenseur (3) avec mano-thermomètre qui dans le cas est équipé d'un moto-ventilateur (4), commandé par un thermostat différentiel (5). Une résistance (6) avec thermostat (7) et interrupteur (8) de mise en conditions du lancement de fonctionnement du groupe ; le robinet d'iso ement (9) étant fermé. Un barostat d'alimentation (IO) iibère brusquement les quantités nécessaires de fluide sous pression pour entrainer le fluide de l'évaporateur vers le condenseur. Un barostat (II) arrête l'alimentation en cas de surpression. L'éjectair (I2) aspire à l'évaporateur et effectue une première compression du mélange ; celui-ci repris en série à l'injecteur (I3) est injecté sous pression au condenseur. Le rapport de compression entre l'évaporateur et le condenseur est de l'ordre deO,2à I7. Un clapet de retenue (I4) s'oppose au retour du fluide H.P. vers la B.P. Filtre (I5). Déshydrateur (I6). Robinet de purge d'air (I7). Robinet de remplissage en fluide (I8). La figure 2 représente un groupe de petite puissance sans apport d'énergie extérieure au milieu dans lequel se trouve l'évaporateur, il est totalement indépendant. Le système de mise en pression par chauffage électrique a été remplacé par une pompe H.P. à main (in). Un clapet de retenue (20) s'oppose au retour du fluide. Dans la figure 3 les barostats ont été remplacés par des électrovannes (2), (IO), (II), équipés de pressostats différentiels (2 bis), (IO bis), (II bis). Ce qui ne modifie en rien les fonctionnements déja décrits. La figure 4 représente un groupe de production électrique pour sa production principale. Le condenseur est dans ce cas un réservoir sans échange thermique. L'utilisation de la chaleur est faite à la turbine (22) qui entraine l'alternateur (23). Ce turbo-alternateur est régulé côté H.P. par un pressostat différentiel (24) et une vanne motorisée (25). Pour faciliter la compréhension du dessin les appareils ont été éloignés les uns des autres. Les différentes variantes ou associations ne modifient pas l'invention de base. L'exécution des tuyères font appel aux aciers spéciaux, carbures et céramiques. Les apr,lications industrielles sont rapides, elles modifient ce qui est actuellement fait pour = le chauffage de tous locaux, la production du froid, la production de courant électrique d'origine thermo-électrique. La production de courant électrique à coût pratiquement nul, même si elle n'est pas aussi concentrée que dans les centrales créées à cet effet, modifie les économies et va dans le sens de l'écologie. REVENDICATIONS i) groupe de transferts de chaleur caractérisé par un cycle identique à la fois au cycle frigorifique, au cycle thermo aynamique, ou de chauffage. Ce groupe fonctionne de façon autonome, par la consommation d'une partie de la chaleur venant de la source extérieure au groupe. I1 s'arrête en cas de surpression. 2) groupe selon la revendication I, caractérisé par l'utilisation partielle d'une partie de la chaleur disponible pour effectuer les transferts de chaleur d'un évaporateur (i) à un condenseur (3) équipés des organes de contrôles et de sécurité. 3) groupe selon les revendications I et 2 caractérisé par des transferts de chaleur effectués avec une batterie éjec- tair (I2) et injecteur (13) qui utilise de façon régulée une partie de la chaleur prise à l'évaporateur (I) transférée au condenseur (3). Le clapet de retenue (I4) s'oppose au retour du fluide après son passage dans la batterie. 4) groupe selon les revendications précédentes caractérisé par un barostat (II) pour l'alimentation brusque de la batterie (12-13) avec une partie du fluide sous pression du condenseur (3) auto-alimenté par cette batterie en fluide chargé de la chaleur de vaporisation. 5) groupe selon les revendications 2 et 3 caractérisé par un évaporateur (I) alimenté brusquement en fluide liquide sous pression du condenseur (3) par un barostat (2) qui régule la pression à cet évaporateur. 6) groupe selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par aucune pièce moteur en mouvement. 7) groupe selon la revendication I caractérisé en ce qu'il permet d'obtenir suivant les cas souhaités, soit du froid autour de l'évaporateur (I). Soit de la chaleur autour du condenseur (3). Soit une production électrique par une turbine (22) avec alternateur (23) placés dans le sens source froide à source chaude, et sans échange de chaleur au condenseur (3). 8) groupe selon les revendications I et 7 caractérisé par la posslbilité de productions combinées ae froid (évaporateur) p us chaleur (condenseur) ou froid plus production électrique. 9) groupe selon la revendication I caractérisé par un barostat (II) qui arrête le fonctionnement de l'ensemble en cas de surpression. IO) groupe selon les revendications I et 9 caractérisé par un robinet (9) qui arrête le fonctionnement en sécurité de haute pression par le barostat (II), permet de stocker le fluide au condenseur jusqu'à une nouvelle mise en fonctionnement du groupe.