Brevet FR2729717A1 — publié le 19960726

La présente invention concerne une installation motrice. Elle trouvera son application, notamment, dans tous les domaines de l'activité économique dans lesquels on souhaite disposer d'une source d'énergie mécanique. Ainsi, à titre d'exemple, la présente invention pourra être utilisée pour entraîner des véhicules maritimes, aériens ou terrestres, pour actionner des dispositifs cryogéniques, pour produire de l'électricité ou autre. Actuellement, on connaît, par exemple, de nombreux dispositifs permettant de fournir un travail mécanique à partir de l'énergie d'un fluide. Néanmoins, chacun présente ses propres inconvénients. Ainsi, par exemple, les moteurs à explosion ou à combustion interne ou externe fonctionnent avec des carburants organiques comme, par exemple, des hydrocarbures, de l'alcool ou autre et leur fonctionnement entraîne de graves nuisances dues, notamment, à la pollution engendrée par les produits de la combustion. De plus, ils consomment des énergies fossiles dont les ressources ne sont pas illimitées. Les moteurs à hydrogène, quant à eux, sont difficiles à mettre en oeuvre, notamment, à cause des difficultés et du danger que représente le stockage du gaz. On connaît également, afin de produire de l'énergie mécanique, différents modèles de moteurs électriques. Bien que satisfaisants dans certaines applications, ceux-ci présentent l'inconvénient d'être difficiles à alimenter, notamment, quand ils sont embarqués sur des dispositifs comme des automobiles, des navires ou autres. Le but de la présente invention est de proposer une installation motrice qui pallie les inconvénients précités en fonctionnant de manière non polluante. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice 'fonctionnant à partir d'une source d'énergie indéfiniment renouvelable. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice dont le carburant nécessaire à son utilisation ne soit pas dangereux à stocker. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation motrice qui soit entièrement autonome et puisse être embarquée sans difficulté. Un avantage de l'installation motrice conforme à l'invention est de dégager, lors de son fonctionnement, des vapeurs, non polluantes, qui peuvent être utilisées dans toute application nécessitant un tel fluide. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n' est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne une installation motrice comprenant des moyens pour provoquer un dégagement de chaleur et une machine apte, au moins, à transformer ledit dégagement de chaleur en travail mécanique sous la forme de mouvements d'un arbre, caractérisée par le fait que les moyens pour provoquer un dégagement de chaleur sont constitués par - un mélange de produits gazeux, non carbonés, aptes à intéragir de manière exothermique, - des moyens pour générer ledit mélange, - des moyens pour provoquer ladite réaction exothermique, et par le fait que ladite machine est prévue sans combustion interne et comprend un fluide de travail interne, à déplacement positif, gazeux, apte à être dilaté sous l'effet dudit dégagement de chaleur. La présente invention concerne également l'application de telles installations motrices à la production de vapeur. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère à la description qui va suivre ainsi qu'aux dessins en annexe qui en font partie intégrante. La figure 1 décrit, de manière schématique, un exemple d'installation motrice conforme à l'invention. La figure 2 décrit, de manière schématique, en vue de coupe, un élément d'un exemple de machine utilisée dans une installation motrice telle que celle présentée à la figure 1 précédente. La présente invention concerne une installation motrice. Elle trouvera ses applications, notamment, dans tous les domaines de l'activité économique dans lesquels on souhaite disposer d'une source d'énergie mécanique. Comme représentée à la figure 1, l'installation motrice 1 comprend des moyens 2 pour provoquer un dégagement de chaleur et une machine 3 apte, au moins, à transformer ledit dégagement de chaleur en travail mécanique sous la forme de mouvements tels que par exemple, comme représenté par les flèches repérées 4, une rotation, d'un arbre 4. Selon l'invention, les moyens 2 pour provoquer un dégagement de chaleur sont constitués par un mélange 6 de produits gazeux, non carbonés, aptes à intéragir de manière exothermique, par des moyens 7 pour générer ledit mélange 6 et par des moyens 8 pour provoquer ladite réaction exothermique au niveau, notamment, de la machine 3. Comme représentée à la figure 2, ladite machine 3 est prévue sans combustion interne et comprend un fluide 9 de travail à déplacement positif. Ceci signifie que la transformation en énergie mécanique de l'énergie du fluide 9 de travail provient des variations de volume créées par ledit fluide 9 dans une chambre de travail 10, l'effet dynamique du fluide de travail 9, contrairement aux applications du type turbine, étant d'importance mineure. Selon l'invention, ledit fluide de travail 9 est interne à la machine 3, gazeux et apte à être dilaté sous l'effet du dégagement de chaleur due, notamment, à la réaction exothermique du mélange gazeux 6. La machine 3 de l'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend également, par exemple, au moins un piston 11, apte à entraîner, notamment, l'arbre 5. Selon le mode particulier de réalisation de l'invention de la figure 2, la machine 3 est une machine connue de l'homme de l'art sous le nom de machine "Stirling". I1 pourra s'agir, par exemple, d'une machine "Stirling" comprenant un régénérateur 37 fixe et deux pistons lia, ilb. Dans de telles machines, comme il est connu de l'homme de l'art, le fluide de travail 9 est dilaté, par 1'intermédiaire d'une tête thermoconductrice 12, sous l'effet d'un dégagement de chaleur au niveau de ladite tête 12. Ainsi, comme représentés par les flèches repérées 13, les pistons lia, llb se déplacent dans le cylindre 14 suivant la flèche repérée 15 et décrivent le cycle connu d'une machine Stirling. Une source froide, constituée, par exemple, par un dispositif de ventilation, non représenté, peut être, notamment, prévu. Afin d'augmenter la puissance de l'installation motrice 1, on peut associer, par exemple, plusieurs machines 3 en série et/ou en parallèle. Selon l'invention, le mélange 6 de produits gazeux est, notamment, un mélange de dihydrogène et de dioxygène. Si l'on se reporte de nouveau à la figure 1, on constate que les moyens 7 pour générer le mélange 6 sont constitués, par exemple, par un dispositif d'électrolyse 16 d'eau 23. L'installation motrice 1 conforme à l'invention présente ainsi l'avantage d'éviter le stockage d'hydrogène gazeux. De plus, gracie à l'électrolyse de l'eau, on obtient directement un mélange gazeux en proportion stoechiométrique. Néanmoins, selon un autre mode de réalisation de l'invention, on pourra prévoir un récipient indépendant de stockage d'hydrogène, apte à être mélangé, par la suite, notamment à du dioxygène issu de l'air. En ce qui concerne le dispositif d'électrolyse 16, il comprend, par exemple, un bac électrolytique 17 et au moins deux électrodes 18. Il peut s'agir, par exemple, d'électrodes en tube creux. Les moyens 7 pour générer le mélange 6 comprennent également, par exemple, un volume 19 apte à recevoir le gaz dégagé aux électrodes 18. L'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend, en outre, par exemple, des moyens 20 pour alimenter, en électricité, le dispositif d'électrolyse 16 à partir de la machine 3. Ils sont constitués, notamment, par une génératrice électrique 21 comprenant un rotor 22 couplé à l'arbre 5 de ladite machine 3. La génératrice 21 est constituée, par exemple, par une machine électrique synchrone à rotor à aimant permanent. Elle alimente le dispositif d'électrolyse 16 en courant alternatif ou, par l'intermédiaire, notamment, d'un redresseur, en courant continu. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'eau 23 électrolysée est de l'eau de mer. L'installation motrice 1 conforme à l'invention présente ainsi l'avantage de fonctionner à partir d'une source d'énergie indéfiniment renouvelable et non polluante. Afin d'être alimenté, le bac électrolytique 17 comprend, par exemple, un orifice 24 par lequel le plein d'eau peut être effectué. Un changement périodique dudit bac 17, notamment dans le cas d'électrolyses d'eau de mer, peut être prévu pour récupérer les sels produits par la réaction électrochimique. A ce sujet, dans le cas d'une électrolyse à courant alternatif, on ajoutera, éventuellement, dans le bac électrolytique 17, de la soude ou de l'acide sulfurique dont on maintiendra la concentration. Toujours selon la figure 1, on remarque que les moyens 8 pour provoquer la réaction exothermique sont constitués par une chambre de réaction 25, munie de moyens 26 pour y maintenir une température apte à déclencher ladite réaction exothermique. En effet, si l'on utilise, notamment, un mélange gazeux 6 constitué de dihydrogène et de dioxygène, la réaction nécessite, pour se déclencher, par exemple, une température élevée. A cet effet, . on pourra prévoir également, notamment, d'utiliser différents catalyseurs tels que du platine ou autre. On peut remarquer, en outre, que la nécessité de prévoir une température T élevée pour le déclenchement de la réaction exothermique est un gage de sécurité. En effet, à l'arrêt, l'installation motrice 1 conforme à l'invention ne contient aucune source d'énergie explosable ou inflammable. De même, le risque d'auto-allumage est quasiment nul. La chambre de réaction 25 est constituée, par exemple, de matériaux connus de l'homme de l'art, résistant d'une part, à la corrosion et d'autre part aux hautes températures et aux chocs thermiques. De plus, selon le mode de réalisation particulier décrit, les moyens 8 pour provoquer la réaction exothermique sont constitués par des moyens 27 pour injecter le mélange gazeux 6, prévu sous pression, dans ladite chambre 25. Ils sont reliés, d'un côté, au volume 19 prévu au niveau du bac électrolytique 17 et, de l'autre, par exemple par l'intermédiaire d'une buse d'injection 28, à la chambre de réaction 25. Les moyens pour injecter 27 comprennent, en outre, notamment, une vanne 29, apte à contrôler la pression d'injection. Dans le cas de l'utilisation d'une machine 3 de type Stirling, la tête 12 de ladite machine 3 permet de transmettre la chaleur dégagée par la réaction exothermique dans la chambre 25 au fluide de travail 9. Pour cela, par exemple, ladite tête 12, est insérée à l'intérieur de la chambre de réaction 25. Les matériaux qui composent la tête 30 présentent, comme la chambre de réaction 25, des propriétés de résistance à la corrosion, aux chocs thermiques ou autres. De plus, ils sont de forte conductivité thermique. A titre d'exemple, on pourra choisir un matériau à base de silicium tel que du SiC. Selon l'invention, lorsque la machine 3 est en régime établi, les moyens 26 pour maintenir la température sont constitués par le dégagement de chaleur provoqué par la réaction exothermique elle-même. Ils peuvent être constitués, en outre, par exemple, de résistance électrique, assujettie à la chambre de réaction 25 et/ou à la tête 12 et alimentée, notamment, par la génératrice électrique 21. Lors du démarrage de l'installation motrice 1, les moyens 26 pour maintenir la température à l'intérieur de la chambre de réaction 25 sont constitués, par la machine 3, prévue de type Stirling, fonctionnant en pompe à chaleur. Pour cela, par exemple, une batterie 30 alimente, notamment un moteur à courant continu 31 entraînant, par l'intermédiaire de son rotor, l'arbre 5. Lorsque la machine 3 est en régime établi, on peut alors recharger, par l'intermédiaire du moteur électrique 31, la batterie 30 ou alimenter selon la position d'un interrupteur 32, des circuits électriques annexes 33. A la figure 1, on peut également remarquer que l'installation motrice 1 conforme à l'invention comprend, en outre, éventuellement, un volant d'inertie 35 et/ou une prise de force 36, assujettis, par exemple, à l'arbre 5. Comme l'illustre l'exemple particulier d'installation motrice 1 décrite ci-dessus, il est à noter que l'invention présente l'avantage de prévoir la réaction du dihydrogène et du dioxygène et donc la synthèse d'eau au niveau de la chambre de réaction 25 et non à l'intérieur du cylindre 14 de la machine 3 utilisée. Sa chambre de travail 10 n'a donc pas, en elle-mêmes à être protégée contre une action corrosive de l'eau. A ce sujet, la présente invention concerne également une application de l'installation motrice 1, décrite ci-dessus, à la production de vapeur. Elle peut donc être utilisée, en outre, par exemple, dans le domaine de la fabrication de produits synthétiques par vapocraquage, Pour cela, la chambre de réaction 25 présente, par exemple, un orifice 34 par lequel on collecte, notamment, la vapeur d ' eau due à la réaction entre le dioxygène et le dihydrogène. Naturellement, d'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de 1'homme de l'art, auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de la présente demande. REVENDICATIONS 1. Installation motrice (1) comprenant des moyens (2) pour provoquer un dégagement de chaleur et une machine (3) apte, au moins, à transformer ledit dégagement de chaleur en travail mécanique sous la forme de mouvements d'un arbre (5), caractérisée par le fait que les moyens (2) pour provoquer un dégagement de chaleur sont constitués par - un mélange (6) de produits gazeux, non carbonés, apte à interagir de manière exothermique, - des moyens (7) pour générer ledit mélange (6), - des moyens (8) pour provoquer ladite réaction exothermique, et par le fait que ladite machine (3) est prévue sans combustion interne et comprend un fluide de travail (9) interne, à déplacement positif, gazeux, apte à être dilaté sous l'effet dudit dégagement de chaleur. 2. Installation motrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la machine (3) est une machine Stirling. 3. Installation motrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le mélange de produits gazeux est un mélange de dihydrogène et de dioxygène. 4. Installation motrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens (7) pour générer ledit mélange (6) sont constitués par un dispositif d'électrolyse (16) d'eau (23). 5. Installation motrice selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend des moyens (20) pour alimenter ledit dispositif d'électrolyse (16) à partir de la machine (3), constitué par une génératrice électrique (21) comprenant un rotor (22) couplé à l'arbre (5) de ladite machine (3). 6. Installation motrice selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'eau (23) électrolysée est de l'eau de mer. 7. Installation motrice selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les moyens (8) pour provoquer la réaction exothermique sont constitués par une chambre de réaction (25) munie de moyens (26) pour y maintenir une température apte à déclencher ladite réaction exothermique, et de moyens (27) pour injecter le mélange gazeux (6), prévu sous pression, dans ladite chambre (25). 8. Installation motrice selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les moyens (26) pour maintenir la température sont constitués par le dégagement de chaleur provoqué par la réaction exothermique elle-même lorsque la machine (3) est en régime établi. 9. Installation motrice selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les moyens (26) pour maintenir la température sont constitués par la machine (3) fonctionnant en pompe à chaleur lors du démarrage de l'installation motrice (1). 10. Application de l'installation motrice selon la revendication 1 à la production de vapeur.