Brevet FR2769081A1 — publié le 19990402

La présente invention concerne toutes les installations ou appareils thermodynamiques à agent thermique, où le flux (ci-dessous nommé flux de travail) passe à travers une chambre de travail ouverte ou fermée (6) et y exécute une fonction utile énergétique, chimique, chimie-physique, biologique, bactéricide, etc.. Chaque installation contient, entre autre, i) une chambre de travail (6) avec une entrée (11, fig. 1) et une sortie (12, fiv. 1) pour le flux de travail, ii) un thermo-échangeur à contre-courant (5, 5a), exécutant un rôle d'un récupérateur d'énergie thermique, et iii) un dispositif (9, 9a) pour le changement de température du flux de travail. Le flux de travail passe du thermo-échangeur (5) à la chambre de travail (6) et entre à nouveau dans un thermo-échangeur (S, Sa) par les tuyaux (10) et le flux de travail passé à travers un tuyau (13) du thermo-échangeur (S) et de la chambre (6), passe à nouveau à travers le même thermo-échangeur (5) c'est-à-dire à travers l'un des tuyaux (14) ou (15) des thermo-échangeurs (5 ou 5a, fig. i, 2), qui ne coïncident pas avec le premier tuyau (13). La chambre de travail (6), le dispositif chauffage ou refroidissement (9, 9a) et le thermo-échangeur (5) peuvent être agencés de manière quelconque (fig.2, fig. 4 et fig. S). Outre le flux de travail thermodynamique, les flux technologiques passibles d'un traitement thermique (étant, ou n'étant pas, les mêmes que le flux de travail) peuvent traverser la chambre de travail (6, fig.4). Le flux de travail à l'entrée de la chambre de travail (6) est nommé flux "pur" (I), et à la sortie de la chambre de travail (6) flux "sale" (II). Dans le cas le plus simple (fig.6), le thermo-échangeur à contre-courant contient deux tuyaux parallèles séparés par une cloison thermo-conductive. Toutes les autres surfaces doivent être adiabatiques. Au niveau des sorties (2) et (4) du thermo-échangeur à contrecourant (fig. 6), le flux de la source chaude (T) est devenu plus froid que le flux de la source froide (t) : t+A Le flux entre les points A et B passe par un tuyau de A vers B. Les valeurs de pression p et de température T de la figure 1 sont illustratives. Voici quelques exemples d'appareils thermodynamiques à thermo-échangeur à contre-courant: - Moteur à combustion interne (fig. 1). Un tuyau de thermo-échangeur (S) lie la sortie d'un compresseur (7) et la chambre de combustion (9). Le flux passe de la chambre (9) à la chambre fonctionnelle (6) afin de transformer son énergie cinétique en une autre forme d'énergie (mécanique, électrique, etc...) à l'aide d'un convertisseur (8). Les gaz d'échappement de l'organe de travail entrent dans le deuxième tuyau du thermoéchangeur (5), puis sortent vers l'extérieur. Lors de la diminution de la pression p le rendement du moteur tend vers celui du cycle de Canot. - Les appareils thermodynamiques à cycle fermé : moteur à vapeur (fig. 2), réfrigérateur à Fréon , local à chauffer, etc... Les thermo-échangeurs habituels (5) et/ou (5, Sa) sont remplacés par des thermo-échangeurs à contre-courant. Lors de l'augmentation de pression p de la vapeur dans le moteur le rendement tend vers celui du cycle de Carnot. - Réfrigérateur ou un générateur de température ultra-basse (fig. 3). La chambre de travail (6) est séparée du thermo-échangeur par une cloison ayant un petit orifice (9a). La température dans la chambre (6 ou 6a) diminue à chaque passage de l'air à travers le thermo-échangeur à contre-courant (5) et la chambre (6). Le flux peut être fermé. Si des turbines à rendement constant de l'ordre de 98 à 99% sont utilisées, le rendement des machines thermiques peut atteindre et dépasser 90% de celui du cycle de Carnot. - Installation de traitement des objets par le flux thermodynamique : four à fusion, distillateur, machine ou chambre à laver ou à sécher, stérilisateur de produits ou de flux de travail (fig. 5), un local ventilé réchauffé ou refroidi (fig. 7), un volume réchauffé ou refroidi, etc... Le fonctionnement de l'installation est le suivant: le flux pur I passe consécutivement à travers, le thermo-échangeur à contre-courant (5), la chambre de travail (6) d'où le flux sale II entre dans l'autre tuyau du thermoéchangeur (5). L'unité de chauffage (9) peut être placé en n'importe quel point du circuit: dès la sortie (2) du flux pure I du thermo-échangeur (5) jusqu'à l'entrée (3) du flux sale II. Le thermo-échangeur permet d'économiser de 90 à 99% d'énergie thermique. Le local réchauffé ou refroidi (fig. 7) joue le rôle d'un tuyau (15) de thermoéchangeur qui effectue l'échange de chaleur avec l'environnement. - Le bec à plasma ou chauffage de combustible (fig. 4). Les flux technologiques du combustible et de l'oxydant passent séparément à travers l'un des tuyaux du thermoéchangeur à contre-courant (5) et le flux de travail du gaz chaud passe par le deuxième tuyau. Dans le cas d'un bec à plasma, le flux technologique dans le premier tuyau peut coïncider avec le flux de travail. - Ventilation d'un local chauffé (fig. 7). Les flux entrants et sortants se déplacent dans le thermo-échangeur (5) à l'aide de pompes de même puissantes (7). - Distillateur (fig. 5). Le flux de travail et le flux technologique sont réunis dans le tuyau (13) du thermo-échangeur (5). Après la séparation en différents composants dans la chambre (6), certains composants passent dans le second tuyau de thermo-échangeur (5). - Stérilisateur de flux de travail (fig. 5). La chambre (6) coïncide identiquement avec la chambre de chauffage (9), et le flux de travail avec le flux technologique. REVENDICATIONS 1. Appareil thermodynamique (moteur à combustion interne (fig. 1), moteur à vapeur (fig. 2), réfrigérateur ou générateur de températures ultra-basses) (fig. 3) buse à plasma ou réchauffeur de combustible (fig. 4); stérilisateur, machine à laver, lave-vaisselle, four à fusion, machine à sécher, distillateur (fig. 5), local réchauffé ou refroidi ou un local réchauffé ventilé (fig. 7)) contenant: i) un ou plusieurs échangeurs thermiques (5 et/ou Sa) ; ii) une chambre technologique de travail (6) traversée par un flux de travail où ce flux réalise certain processus, iii) une unité (9 ou 9a) pour changer la température du flux de travail, caractérisé en ce que l'échangeur (5) est un thermoéchangeur à contre-courant et le flux de travail passé à travers un tuyau (13) du thermoéchangeur (5) et de la chambre (6), passe à nouveau à travers le même thermo-échangeur (5) c'est-à-dire à travers l'un des tuyaux (14) ou (15) des thermo-échangeurs (5 ou Sa, fig. 1, 2), qui ne coïncident pas avec le premier tuyau (13). 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur est placé dans un corps tournant. 3. Appareil selon la revendication 1, avec l'échangeur disposé verticalement (5) et le flux de gaz chaud passant à travers le thermo-échangeur (5), caractérisé en ce que le flux chaud est alimenté par le dessus de l'échangeur. 4. Appareil thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par un moteur à combustion interne (fig. 1), caractérisé en ce que l'un des tuyaux de thermoéchangeur à contre-courant (5) lie la sortie du compresseur (7) avec l'entrée de la chambre de combustion, et l'autre tuyau lie la sortie (12) de la chambre du travail (6) avec l'atmosphère. 5. Appareil thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par un stérilisateur de flux du travail (fig. 5), caractérisé en ce que la chambre du travail (6) coïncide avec la chambre de réchauffement (9), et le flux du travail coïncide avec le flux technologique. 6. Appareil thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, utilizé dans un local réchauffé ventilé (6, fig. 7), caractérisé en ce que deux pompes (7) équipuissantes sont utilisées pour transporter l'air pur et sale. 7. Appareil thermodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, constitué par un moteur à vapeur (fig. 2), caractérisé en ce que les échangeurs à contre-courant (5 et/ou 5a) sont utilisés au lieu de thermo-échangeurs d'autres types.