Brevet FR2664942A1 — publié le 19920124

La présente invention concerne un dispositif permettant de transformer la pression obtenue lors de la dilatation de l'eau qui se congèle en énergie utilisable comme un élément de travail. On connait de nombreux dispositifs générateurs d'énergie, depuis les convertisseurs électrochimiques transformant l'énergie chimique en électricité, les convertisseurs thermo-électriques qui reposent sur le principe des couples métalliques avec effet voltaïque, les dispositifs magnétohydrodynamiques basés sur l'action des champs magnétiques, sur la vapeur d'eau, etc... Tous ces dispositifs ont été largement développés depuis de nombreuses années et ont connu des commercialisations diverses avec plus ou moins de succès. On a peu développé l'utilisation des phénomènes de dilatation de l'eau qui, refroidie å sa température de congélation, se dilate en créant une augmentation de volume. L'augmentation du volume, ainsi provoquée, entrain un accroissement de la pression dans l'enceinte contenant l'eau. On a observé que cette dilatation créée dans une enceinte étanche et blindée engendre des pressions qui, selon des conditions opératoires, atteignent 500 à 2 500 bars. Cette augmentation de pression peut être transmise par un fluide incompressible vers un poste de travail tel que presse, piston, etc... Cette technique a déià fait l'objet de nombreuses applications dans le domaine du façonnage des métaux, de la prise d'empreintes, de l'emboutissage, etc... La présente invention a pour objet de transformer cette pression en énergie capable d'animer un moteur ou tout autre élément générateur d'énergie consomnable. Son principe repose sur l'utilisation d'une source froide et d'une source chaude artificielles ou naturelles pour amener l'eau à sa température de congélation afin de produire une haute pression qui sera transformée en énergie moteur. L'invention dénomée Dispositif de Conversion d'Energie Thermique en Energie Motrice est caractérisée par une enceinte contenant un réservoir d'eau. un générateur de froid programmable, des fluides hydrauliques de transmission thermique et mécanique dont l'un au moins est incompressible, des démultiplicateurs de pression, des vannes, des clapets anti-retour, des réservoirs secondaires, des canalisations isothermes et blindées, des manomètres, un ensemble de thermostats, une commande de synchronisation, un moteur hydrostatique. L'invention ainsi caractérisée présente de nombreux avantages et notamment un fonctionnement souple, économique, dont la mise en oeuvre est simple par rapport aux dispositifs similaires connus à ce jour. Le dispositif décrit présente également des avantages appréciables quant aux risques de pollution et de la nuisance sonore. La présente invention sera mieux comprise. grâce aux dessins annexés qui ne sont présentés qu'à titre d'exemples non limitatifs en ce qui concerne la réalisation et le fonctionnement de ce dispositif. La figure 1 représente l'ensemble du dispositif adapté pour animer un élément moteur. La figure 2 représente le dispositif animé par une source chaude et froide de fluide créant une variation de pression au niveau des générateurs. En se reportant à la figure 1, et selon une caractéristique importante de l'invention, on a représenté le dispositif animant un élément moteur par exemple. Le récipient (1) contenant partiellement de l'eau est refroidi a la température de congélation de celle-ci (-10 à -30 C) par un dispositif extérieur (16). Ce dispositif peut être classique constitué par une pompe à chaleur par exemple, ou encore extrait d'un site géographique réunissant une source froide et une source chaude. L'alternance froid-chaud sera commandée et programmée par une électronique de relais classique que l'on trouve dans le commerce. La partie supérieure du récipient (1) est surmontée par une canalisation blindée (3) contenant un liquide incompressible (17). On contrôle les variations de la pression lors de la congélation et de la décongélation de l'eau au moyen du manomètre (15). La force produite par l'augmentation du volume d'eau qui se congèle est transmise sous forme de pression au piston (4) au niveau de la chambre (6). Ce piston (4) mobile dans un cylindre (2) transforme la pression émise par le fluide (17) en énergie de travail. La canalisation (3), la chambre (6) et le cylindre (2) sont étanches, blindés et monoblocs. En outre, ce piston (4) joue le rôle de démultiplicateur de pression par le rapport entre la surface en contact avec le liquide incompressible (17) et la surface en contact avec le liquide de transmission (7) qui sera appelé ulté rieurement "liquide de travail" également incompressible. Le liquide de travail (7), sous l'action du piston (4), traverse une canalisation (12) comportant successivement un clapet anti-retour (5), un récipient (9) contenant un fluide compressible (8) dont le volume varie en fonction des variations de pression du liquide ce transmission (7); il joue le rôle de stockeur d'énergie. Entre le récipient (9) et l'élément moteur (11) on a branché une vanne (10) dont l'ouverture et la fermeture sont obtenues par une commande manuel ou électrique de l'opérateur. Sous l'effet de la pression le liquide de travail (7) pénètre dans l'élément moteur (11) constituant l'élément de travail utilisé. Cet élément moteur peut etre un moteur hydrostatique, une presse, ou tout autre dispositif mécanique. il est caractérisé par un dispositif ( connu dans le commerce ) qui rejette le liquide de travail (7) dans la canalisation supérieure (12) pour être stocké dans le récipient (13). Lorsque la pression dans le récipient (13) est supérieure à celle du cylindre (2) notamment au moment où le piston (4) recule dans le cylindre (6) (décongélation de l'eau) le liquide de travail (7) s'écoule dans le réservoir (2) au travers du clapet anti-retour (5) Le fluide (7) issu de l'élément moteur (1) est stocké par le récipient (13), il sera aspiré par le piston (4) vers le cylindre (22) pour être coprimé par ce piston et rejeté dans la canalisation basse (12), elle-même munie d'un clapet anti-retour. Ce fluide de travail ira comprimer un fluide compressible (8) contenu dans la vessie (9). Lorsque la pression serra suffisante la vanne (10) sera ouverte pour alimenter l'élément moteur (11). Le mouvement est ainsi répété au rythme des pressions obtenues par la congé la tion-décongélation de l'eau contenue dans le récipient (1). Le fluide compressible ()8) placé dans la vessie (9) joue le rôle régulateur de pression. Fonctionnement du dispositif de la figure (1) Dans un premier temps, la pression exercée par la congélation de l'eau dans l'enceinte (1) est transmise par le liquide incompressible (17) au piston (4) au niveau de la chambre (6). Ce piston transmet une force sur le liquide de travail (7) contenu dans la chambre (22). Ce liquide de travail (7) traverse le conduit bas (12) muni d'un clapet anti-retour (5) et comprime le fluide (8) maintenu dans la vessie (9) . Lorsque la pression est suffisante, on ouvre la vanne (10) et le liquide de travail (7) actionne l'élément moteur hydrostatique (11). On représente sur la figure 2 Un dispositif de conversion d'énergie thermique ou énergie hydraulique récupérant les variations de température comprise entre - 30 et +30 que l'on rencontre sur des sites géographiques, industriels ou autres. Les récipients (1) contenant de l'eau sont étanches et rigides. Ils sont logés dans une enceinte blindée (13) elle-même traversée par des serpentins (21) jouant le rôle de colporteur d'énergie thermique. L'index (17) indique un fluide incompressible transmettant les variations de pression créées dans le récipient (1) les serpentins sont utilisés pour refroidir et réchauffer entre - 30 et + 30 , alternativement le récipient (1). Deux vannes alternatives (20) commandées par les variations de température et de pression du fluide (17) orientent leur ouverture et leur fermeture de façon à provoquer la circulation chaude ou froide du fluide colporteur (24) contenu dans les canalisations (19). Les vannes (20) reunissent les canalisations hautes et basses au niveau des serpentins (21). Les canalisations (19) dépourvues d'isolant (18) assurent le refroidissement ou le réchauffement du fluide colporteur (24) . Les parties des canalisations (19) garnies d'une enveloppe isotherme (18) transportent le fluide colporteur (24) à une température constante. La circulation est assurée par la différence de densité qu'il subit lorsqu'il est froid ou chaud. La partie haute de la figure 2 constitue la source froide et la partie basse la source chaude. Le refroidissement assure la congélation de l'eau contenue dans le récipient (1) et crée une dilatation enregistrée sous forme de pression par le fluide incompressible (17) lorsqu'on atteint le maximum de dilatation dans le récipient (1) droit, on inverse le sens des vannes (20). Le fluide (24) après s'être réchauffé dans la partie basse du système au niveau de la canalisation (19) ira réchauffer la glace dans le récipient (1) de droite du dessin et décongelé l'eau qui s'y trouve. il en résultera une décompression qui sera enregistrée par le fluide (17). Simultannément le récipient de gauche (1) commancera la congélation de l'eau. En répétant le cycle par alternance, on récupère au niveau des cylindres (22) et recipients (9) des variations de pression transformées en énergie moteur. Une partie de ce travail mécanique sera utilisée pour assurer l'ouverture et la fermeture alternées des vannes. REVENDICATION 1 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice caractérisée par une enceinte contenant de l'eau, un générateur de froid programmable, des fluides hydrauliques de transmissions thermiques et mécaniques dont l'un au moins est incompressible, des démultiplicateurs de pression, des vannes programmables, des clapets anti-retour, des réservoirs secondaires, des canalisations isothermes et blindées, des manomètres, un ensemble thermostaté, une commande de synchronisation, un moteur hydrostatique. REVENDICATION 2 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de créer une pression et de la transformer en énergie est un récipient (1) contenant de l'eau placée dans une enceinte blindée, réfrigérée et réchauffée alternativenent, les variations de volume provoquées par l'eau créant une variation de pression transmise par un fluide incompressible (17) non congelable au niveau d'un piston (4) dont les surfaces de travail constituent un démultiplicateur de pression. REVENDICATION 3 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que les variations de pression issues du piston (4) sont transmises au moyen d'une série de canalisations blindées (12) et (3) contenant un fluide incompressible (7), des clapets anti-retour (5), ces canalisations (12) alimentant des éléments moteur (11) et un réservoir (9) stockant l'énergie REVENDICATION 4 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'alimenter en continu le circuit des canalisations (12) est un réservoir (13) récupérant le fluide (7) rejeté par l'élément moteur (11). REVENDICATION 5 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de réguler les pressions et de les stocker est un réservoir (9) contenant un fluide compressible (8) et incompressible (7), ce réservoir étant branché sur la canalisation basse (12) entre le clapet anti-retour (5) et la vanne (10) . REVENDICATION 6 Dispositif de conversion d'énérgie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement alterné créé par la contraction et la dilatation de l'eau qui se congèle et se décongèle est obtenu au moyen de deux récipients (1) couplés, placés dans une enceite blindée (23), ces récipients sont remplis d'eau et d'un fluide incompresible (17), l'eau étant réchauffée et refroidie entre -30 et + 30 par des serpentins (21) et contenant un fluide colporteur (24). REVENDICATION 7 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que la collecte d'énergie présent dans le milieu naturel, industriel ou autre est obtenu au moyen d'un fluide colporteur (24) situé dans une zone froide et chaude du site et qui circule par effet de densité. REVENDICATION 8 Dispositif de conversion d'énergie thermique en énergie motrice selon la revendication 1, caractérisé en ce que la circulation du fluide colporteur (24) est obtenu par effet de densité du fluide chaud et froid au moyen de canalisations (19) partiellement isolée par un revètement isotherme (18) connecté à des vannes (20) alternatives dont l'ouverture et la fermeture sont pilotées manuellement ou par une commande électronique raccordée à un thermocouple.