Brevet FR2641326A1 — publié le 19900706

DESCRIPTION La présente invention permet de restituer l'énergie calorifique absorbée par un liquide dont la dilatation ainsi obtenue est conservée et restituée en travail et puissance par l'élasticité des matériaux. L'ensemble de ce procédé, pour fonctionner, doit donc suivre les éléments suivants La coque (1): La coque (sphère), est la structure extérieure prenant l'ensemble des efforts dus à la dilatation du liquide par apport de calories. Celle-ci est mise en traction, conformément à l'élasticité du matériau la constituant. La dilatation du fluide ne peut être d'un volume supérieur à la limite élastique de cette coque. Afin de pouvoir conserver cette énergie ainsi créée, une contre-coque est necessaire, afin de maintenir le volume de dilatation ayant permis la traction de la coque. Afin de minimiser les déperditions thermiques, cette coque peut être calorifugée. La contre-coque (5): Cette contre-coque (sphère) contenant le fluide (4), et de diamètre inférieur à la coque, doit permettre le passage de la dilatation de ce liquide entre sa face extérieure et la face intérieure de la coque, afin que l'énergie de cette dilatation ne soit reçue en traction que par la coque. Cet accès peut être effectué par l'ouverture de soupapes incorporées dans la contre-coque contenant le liquide et s'ou' ant ainsi, lorsque la pression du fluide par apport de calories devient supérieur à la pression exercée par la coque qui peut déjà maintenir en pression des dilatations de liquide précédentes. Ces soupapes se refermeront par leur ressort de retour, lorsque l'arrêt d'apport de calories au niveau du liquide s'établira; et ainsi, diminuera sa pression permettant ainsi à la contre-coque devenue étanche de reprendre les efforts en compression effectués sur elle-même par le fluide dilaté et pressurisé par la coque. Les soupapes peuvent être remplacées par une contre-coque constituée de 2 1/2 sphères reliées entre elles par des clips de retour (7) Le maitre-cylindre (8): Le maitre-cylindre permet, lorsque le fluide, par perte de calories diminue de volume, de maintenir constant et entier le volume de liquide contenu dans la contrecoque. Une soupape obstrue l'accès au maitre cylindre, lorsque la pression du fluide augmente. Le manchon (2): Cet élèment est la gaine technique qui permet l'accès des différents réseaux d'alimentation, et leur retour permettant le fonctionnement de l'ensemble. Ainsi, il reçoit la réservation (9) entre coque et contre-coque, permettant le refoulement du fluide pressurisé par la coque vers l'obturateur, puis l'élèment moteur qui peut être une turbine ou une tuyère. Le manchon reçoit également le fourreau d'alimentation en liquide fourni par le maitre cylindre au volume interne de la contre-coque. Il reçoit également le ou les réseaux cheminant dans le volume du liquide et transportant des fluides frigorigènes et les fluides réchauffés si necessaire, afin d'accélérer les dilatations du liquide. Ces différents accès peuvent, si besoin est, se répartir dans plusieurs manchons. L'obturateur (11): Ce dernier permet de varier le débit du liquide pressurisé par la coque, ainsi que de l'obturer totalement. Cet obsturateur s'actionne donc, en fonction du travail et de la puissance demandés. La trubine (13): La rotation est donnée par l'éjection du fluide pressurisé sur ses pales. Cette turbine permet ainsi de restituer cette énergie en électricité ou la restituer à un arbre par l'intermédiaire de sa rotation. Sphère de séparation du fluide (facultatif) (12): Cette sphère peut être insérée dans le volume de la contre-coque, afin de séparer le liquide dilatable d'un fluide venant du milieu extérieur par l'intermédiaire du maitre cylindr ét après pressurisation par la coque, il est éjecté par des tuyères (14) afin de créer une propulsion par réaction. Réseau(x) intérieur(s) (3): Ce réseau intérieur inséré dans le volume intérieur de la contre coque, permet le passage des fluides de refroidissement ou de réchauffement. Les fluides de refroidissement pouvant être un frigorigène, et (ou) un fluide du milieu extérieur. Les fluides de réchauffement peuvent être un fluide à la température du milieu extérieur, un fluide chauffé dans une cuve calorifuge, un fluide mis en combustion dans l'enceinte de ce réseau. Ce réseau peut jouer également, le rôle d'agitatel* (10), afin d'accélèrer la conduction à travers ce fluide dilatable. Ce système peut etre couplé à une pompe à chaleur (15). Et le cycle suivant peut s'établir 1) - L'évaporateur (16), ou le fluide frigorigène puise de la chaleur. il peut être in séré dans le volume intérieur de la contre-coque, puisant ainsi les calories du liquide dilatable, et en abaissant sa température. 2) - Après l'arrêt de l'évaporateur, la température de ce liquide reprend la valeur du milieu extérieur par circulation d'eau ou d'air venant de ce milieu et circu lant dans le volume de la contre-coque ou par conduction par les parois. 3) - Enfin, le liquide réchauffé par le condenseur (17) dans lequel le fluide frigori gène reprend sa forme liquide, y a cédé sa chaleur, va circuler dans le volume de la contre-coque, y laissant ainsi la quantité d'énergie abandonnée par le flui de frigorigène, et ainsi1 un nouveau cycle complet s'établi, par la circulation du fluide dans l'évaporateur. Ainsi, couplé avec une pompe à chaleur, on peut dire qu'en moyenne, au cours de son fonctionnement, la pompe à chaleur: - Absorbe une quantité d'énergie de 1 - Pompe une quantité de chaleur de 2 - Fournit une quantité de chaleur de 3 Ainsi, en moyenne, et fonction de son coefficient de performance, pour 1 kwh d'énergie absorbée, la pompe à chaleur fournira 3 kwh au milieu à chauffer. La dilatation du liquide peut également s'effectuer par apport de calories dû à la combustion d'une matière ayant un pouvoir calorifique. Cette combustion peut s'effectuer dans une chambre à combustion insérée dans le volume du liquide dilatable, ou bien dans un réservoir calorifugé (18) contenant du fluide, qui ainsi chauffé, pourra abandonner ces calories au liquide dilatable par une circulation dans le volume de la contre-coque. Le refroidissement, afin de permettre un nouveau cycle, est assuré par le milieu extérieur. Ce processus peut être couplé, si nécessaire, à une pompe à chaleur, dont les calories absor bées pourront être abandonnées par le condenseur, et restituées dans le ou un réservoir calo rifugé. Note de calcul: : Cette note de calcul permet de définir le matériau de reprise d'ef- fort, en fonction du liquide dilatable, et ainsi, la quantité de chaleur absorbable par ce fluide, sans dépassement pour la limite élastique du matériau de la coque Le matériau choisi, ainsi que le liquide dilatable ne sont pas restrictifs. D'autre part, cette note de calcul ne tient pas compte des dilatation de la coque ni de la con tre-coque, celles-ci étant 20 fois inférieure au liquide. Considérons la coque avant reprise des efforts Matériaux : fibre de verre R A% = 5,2 F = 44000 Kg/cm2 avec adjonction d'une résine et tolérance de fabrication A% = 4 F = 36000 Kg/cm2 R int = 0,17 m Sint = 0,3632m2 R ext = 0,22 m S ext = 0,6082 m2 V coque = 0,024 m3 V int = 0,02058 m3 V ext = 0,04460 m3 S int sur élasticité maximale 0,3632 x 1,04 = 0,3777 m3 R int effort = 0,1734 m V int effort = 0,02184 m3 Soit augmentation de volume intérieur de 0,00126 m Le volume de la coque en fibre R restant identique R ext effort = 0,2219 m Surface moyenne d'effort (0,2221 + 0,1734)# x 4 = 0,4914 m2 2 Surface moyenne avant effort 0,1952 xr x 4 = 0,4778 m2 2,85 % d'allongement moyen effort 25650 Kg/cm2 restituable par le liquide pressurisé 0,00126 x 25650 x 10000 # 161595 kgn # 0,437 kWh # 376 kcal Contre-coque Matériaux : acier HB durete brinell > 450 état traité d X 2,85 R ext 0,165 m Wext = 0,01882 m3 R int 0,16 Vint = 0,01716 m3 V contre coque = 0,00166 m3 Réseaux intérieurs 1 réseau Q, int 0,4 cm (d ext 0,8 cm Longueur: 72,475 ml volume du réseau 3643 cm3 Liquide En fonction du matériau de la contre-coque un liquide dilatable aux caractéristiques suivantes K = 1.,3410 - 3 m = 0,816 c = 0,49 puisque V0 = 0 > 01716 - 0,003643 = 0,01352 m3 V = 0,01716 - 0,003643 + 0,00126 = 0,01478 m3 Volume maximal permissible en dilatation du liquide Or V = V0 ( 1 + k ) 1 + k 1,093195 c maximale = 69,550c Température maximale en fonction de la limite élastique de la coque Or Q = mc = 0,01352 x 1000 x 0,49 xi,816 x 69,55 376 kcal La figure 1 représente, en coupe, le dispositif de la sphère de reprise de dilatation de liquide, selon l'invention. La figure 2 représente, le dispositif selon l'invention couplée avec une pompe à chaleur. Le dispositif selon l'invention, peut être utilisé, soit comme récupérateur d'énergie, soit comme moteur, ou comme système de production d'électricité. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour permettre la restitution d'énergie calorifique absorbée par un liquide en ce qu'il comporte une coque sphérique extérieure (1) dont la raideur et la limite élastique peuvent restituer l'augmentation de volume d'un fluide en énergie mécanique par la sortie vers l'extérieur de cette augmentation de volume de liquide pressurisé par cette coque. Cette coque présente un ou plusieurs manchons ou gaines techniques (2), permettant la distribution, à travers cette coque, de fluides et réseaux de fluides (3). Eux-mêmes, pour certains, accèdent au volume du liquide dilatable (4) contenu par une contrecoque sphérique (5) insérée dans le volume de la coque extérieure. Le volume intérieur de cette contre-coque (4) étant constamment maintenu rempli du liquide à dilater. Ces réseaux de fluide froid et chaud permettent des cycles d'augmentation et de diminution de volume de ce même liquide. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la contre-coque (5) contenant le fluide dilatable (4) permet le passage de l'augmentation de volume du liquide entre sa face extérieure et la face intérieure de la coque (1) par des soupapes ou par la réalisation de 2 1/2 sphères constituant ainsi la contre-coque et reliées l'une à l'autre par des clips (7) jouant le rôle de ressort de retour après équilibrage des pressions entre volume A et volume B. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par la mise en place d'un maître cylindre (8) permettant au volume intérieur de la contre-coque d'être entièrement plein de liquide dilatable malgré la diminution de température, donc de volume de ce dernier. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par un réseau (3) entrant et ressortant par un manchon, et dont la distribution se fait principalement dans le volume du liquide à dilater (4). Dans le diamètre intérieur de ce réseau peuvent circuler les différents fluides permettant le réchauffement et le refroidissement du liquide. Ce réseau peut être scindé pour les différents passages de fluide, ou peut être unique pour l'en- semble de ces fluides, et même jouer le rôle de chambre à combustion. Ce réseau peut également être un agitateur (10), afin d'accelérer la conduction à travers le fluide à dilater. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précèdentes caractérisée par un obturateur (11) permettant de varier le débit du liquide pressurisé par la coque dans Je volume B, et en sortie de fourreau (9), tout en permettant de l'obturer totalement. Cet obturateur s'actionne en fonction du travail et de la puissance demandés. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par l'utilisation d'une propulsion par réaction, par la mise en place dans le volume de la contrecoque d'une sphère de séparation de fluide (12) permettant de séparer le liquide à dilater d'un fluide venant du milieu extérieur par l'intermédiaire du maître cylindre (8). Ce dernier fluide devenant le liquide qui sera pressurisé par la coque et rejeté à l'extérieur pour créer une propulsion par réaction. Le matériau constituant cette sphère (12) étant de petite épaisseur et d'une élasticité importante. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'installation d'une turbine (13) recevant le fluide pressurisé par l'intermédiaire du fourreau (9) et de l'obturateur (11). 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par l'installation de tuyères (14) rejetant le fluide pressurisé par la coque (1) par l'intermédiaire du fourreau (9) et de l'obturateur (11) dans un milieu liquide afin de créer une propulsion par réaction. Ce dispositif pouvant être ou ne pas être couplé avec une turbine. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par la possibilité de créer des cycles d'absorbtion de calories dans le liquide à dilater et d'apport de calories dans ce même liquide. Ce cycle peut s'effectuer par une pompe à chaleur (15), le réseau (3) étant l'évaporateur (16). Le condenseur (17) restituant l'énergie absorbée par le fluide frigorigène à un liquide situé dans une cuve calorifugée (18) permettra, par la circulation de ce fluide réchauffé dans le réseau, (3) de rendre au liquide à dilater l'absorbtion de calories faite par la pompe à chaleur.(15) 1 o; Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par les cycles précédents réalisés en apport de calories dans le liquide à dilater, par le passage dans le réseau de fluide réchauffé par la combustion d'une matière combustible et en absorbtion de calories dans le liquide à dilater, par le passage dans le réseau d'un fluide du milieu extérieur. Ce dispositif peut être couplé à une pompe à chaleur. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'apport de calories dans le liquide à dilater peut être effectué par la combustion d'une matière combustible au sein même de ce volume. Soit : dans le réseau (3) qui joue ainsi, le rôle de chambre à combustion. Soit dans une chambre à combustion spéeifique insérée dans le volume du liquide à dilater (4).