Brevet FR2898152A1 — publié le 20070907

La présente invention concerne un dispositif pour convertir de l'énergie calorifique contenue dans le milieu ambiant ou rejetée par un autre dispositif ou recherchée spécifiquement et transportée par un fluide, en une énergie utilisable en tant qu' énergie mécanique et/ou énergie électrique. 05 Les activités humaines nécessitent de plus en plus d'énergie qui est en grande partie extraite des réserves fossiles non renouvelables à l'échelle humaine et dont les stocks diminuent jusqu'au jour où ils seront insuffisants. D'autre part l'utilisation d'énergies fossiles risque de produire une élévation de la 10 température de l'atmosphère produisant de grands dommages sur notre planète. Le dispositif objet de l'invention permet de fournir une énergie utilisable tout en utilisant peu ou pas d'énergie fossile, tout en réduisant la température environnante. 15 Il comporte selon une première caractéristique un accumulateur électrique alimentant, au moins au démarrage du dispositif, un extracteur d'énergie calorifique de type pompe à chaleur qui fournit de l'énergie calorifique à un moteur thermique fonctionnant par conversion de l'énerge calorifique en énergie 20 mécanique, au moins une partie de cette énergie mécanique étant disponible pour une utilisation extérieure au dispositif et/ou servant à entraîner un générateur électrique qui produit de l'énergie électrique dont une partie au moins est dirigée vers ledit accumulateur une autre partie pouvant être disponible pour une utilisation extérieure au fonctionnement dudit dispositif. 25 La présente invention est une combinaison nouvelle de moyens connus produisant un effet technique nouveau: la production d'énergie mécanique et/ou électrique par un dispositif sans apport extérieur de carburant ou d'énergie autre que l'énergie calorifique extraite d'un fluide tel que l'air du milieu ambiant, l'eau 30 d'un forrage, d'un cours d'eau, d'un lac, de la mer, cette énergie calorifique pouvant être accompagnée, dans certains cas, d'au moins une autre énergie calorifique provenant d'un dispositif extérieur audit dispositif et fournie à l'extracteur d'énergie calorifique, ce dispositif extérieur pouvant consommer du carburant. 35 Selon des modes particuliers de réalisation: - lorsque le générateur électrique est entraîné par le moteur, il fournit aussi directement de l'énergie électrique à l'extracteur d'énergie calorifique, - au moins une source extérieure, telle que capteur solaire, éolienne, énergie hydraulique, forrage, refroidisseur de centrale électrique, pile à combustible, cheminée, fournit de l'énergie calorifique à l'extracteur d'énergie, - le moteur fournit de l'énergie mécanique et/ou de l'énergie calorifique à 05 l'extracteur d'énergie, - le dispositif est associé à un moteur électrique fournissant de l'énergie mécanique et qui est alimenté par le générateur électrique et/ou par l'accumulateur électrique, - le dispositif est associé à un moteur ou un turbomoteur, principal ou auxiliaire, 10 consommant du carburant, qui aussi fournit de l'énergie calorifique et/ou de l'énergie mécanique et/ou indirectement de l'énergie électrique à l'extracteur d'énergie calorifique et/ou de l'énergie électrique à l'accumulateur électrique et/ou au moteur électrique. - le dispositif est associé à une pile à combustible qui fournit de l'énergie 15 électrique et/ou de l'énergie calorifique. Les dessins annexés illustrent l'invention schématiquement: La figure 1 représente le dispositif objet de l'invention. La figure 2 représente des variantes dudit dispositif. 20 Dans une première forme de réalisation nullement limitative, en référence à la figurel, le dispositif (7) comporte un accumulateur électrique (1) qui alimente en énergie électrique (A), lorsque c'est nécessaire, un extracteur d'énergie calorifique (2) de type pompe à chaleur qui fournit de l'énergie calorifique (C) à 25 un moteur thermique (3) fonctionnant par conversion de l'énergie calorifique qu'il reçoit en énergie mécanique (D) qui est utilisable en (R) à l'extérieur du dispositif (7) et/ou en énergie mécanique (K) fournie à l'extracteur (2) et/ou en énergie mécanique (E) fournie à un générateur électrique (4) qui fournit à son tour de l'énergie électrique (G) utilisable, à l'extérieur du dispositif (7), en (R) et/ou de 30 l'énergie électrique (F) vers l'accumulateur (1) et/ou de l'énergie électrique (S) vers l'extracteur d'énergie calorifique (2) afin d'alimenter en tout ou partie (2) en énergie électrique. Le moteur (3) est un moteur capable de transformer l'énergie calorifique reçue 35 en énergie mécanique. Parmi les dispositifs de ce type les plus connus, les moteurs Stirling, Ericsson ou Brayton quelqu'en soit le dérivé ou la version. L'utilisation de tout autre type de moteur capable de cette transformation -3- d'énergie fait aussi partie de la présente invention au titre de son association avec les autres éléments décrits et du résultat obtenu. A part l'énergie calorifique (B) provenant du milieu ambiant dans cette 05 première forme de réalisation, il n'y a aucune source d'énergie extérieure qui alimente le dispositif (7) qui est capable de s'auto-alimenter et de produire de l'énergie mécanique (D) et/ou de l'énergie électrique (G). Dans certaines conditions d'utilisation, l'accumulateur (1) fournit aussi de l'énergie électrique (H) pour une utilisation à l'extérieur du dispositif (7). C'est ainsi que lorsque le 10 dispositif est utilisé, par exemple, pour faire se déplacer un engin terrestre alimenté en énergie mécanique (D) et/ou en énergie électrique (G), l'apport d'énergie électrique (H) pendant une durée maximale qui est en fonction de la charge de l'accumulateur électrique (1), permet de fournir un complément à l'énergie globale fournie. 15 Lorsque l'accumulateur (1) n'est plus en mesure de fournir cet apport, il est rechargé par le générateur (4) ou bien il est rechargé ultérieurement lorsque l'engin a besoin de moins d'énergie ou n'a plus besoin d'énergie pour se déplacer parce qu'il est arrété. Le dispositif peut alors fonctionner pratiquement en circuit 20 fermé, sauf l'apport en énergie calorifique (B), jusqu'à obtenir la charge maximale de l'accumulateur (1). Alors et lorsque le dispositif (7) ne fournit pas d'énergie utilisable à l'extérieur de lui-même, une commande manuelle des fonctions et/ou un contrôle automatique arrête le dispositif ou le met en fonctionnement de veille de manière 25 à conserver le moteur (3) dans de bonnes conditions de température afin qu'il soit utilisable rapidement en cas de besoin pour une utilisation extérieure au dispositif (7), en (R). L'accumulateur (1) est désigné ainsi globalement; il peut s'agir seulement 30 d'accumulateurs électriques mais aussi, en plus, d'un dispositif permettant d'utiliser le courant de ces accumulateurs à une tension plus élevée que la totalité de leurs tensions, en courant alternatif ou en courant continu ou redressé, par exemple grâce à un convertisseur, ainsi que des moyens de charge et de contrôle appropriés. 35 La pompe à chaleur est capable de fournir du chaud et du froid. Dans la meilleure utilisation de ses possibilités le chaud et le froid sont fournis au moteur (3) pour améliorer le rendement de ce dernier. -4- Dans l'utilisation du dispositif (7) pour faire se déplacer un engin terrestre, l'énergie mécanique (D) peut difficilement fluctuer rapidement entre des valeurs extrèmes pour répondre à l'utilisation de cet engin, c'est pourquoi il est préférable d'utiliser dans ce cas l'énergie électrique (G) éventuellement en association avec 05 l'énergie électrique (H). La valeur de la charge maximum de l'accumulateur (1) est fonction de son utilisation. Elle varie entre deux configurations extrêmes: -l'accumulateur ne sert qu'à démarrer le dispositif (7), 10 - il est capable de fournir à lui seul l'énergie nécessaire à faire déplacer l'engin sur lequel il est installé avec une autonomie préétablie. Les figures 1 et 2 représentent schématiquement les différents éléments du dispositif (7) rassemblés dans un ensemble. Le choix de la position de chaque élément peut se faire en fonction de l'utilisation et de la configuration. Chaque 15 élément, par exemple l'accumulateur (1) ou le moteur (5), n'est représenté qu'en un seul exemplaire mais, dans le cadre de la présente invention, il est possible d'associer plusieurs éléments de même type. Par exemple dans le cas de l'utilisation du dispositf (7) pour la propulsion d'un engin, un moteur électrique (5) unique peut être utilisé ou plusieurs moteurs électriques pour assurer cette 20 propulsion. Selon une première variante, le dispositif est utilisé à bord d'un bateau ou un autre engin aquatique, comme mode de propulsion principal ou secondaire. Le milieu ambiant duquel est extraite l'énergie calorifique (B) est alors l'air 25 et/ou l'eau qui entoure le bateau ou l'engin aquatique. Dans ce cas il est acceptable d'utiliser l'énergie mécanique (D) comme moyen de propulsion et une propulsion auxiliaire de préférence électrique pour les manoeuvres de port par exemple avec l'utilisation d'au moins un propulseur latéral. Une autre solution consiste à utiliser uniquement l'énergie électrique (G) pour tous les besoins de la 30 propulsion comme pour les autres besoins afin de pouvoir disposer le dispositif (7) dans la meilleure position vis-à-vis de son poids et de son encombrement. Le dispositif (7) peut aussi équiper un engin à la fois terrestre et aquatique comme un engin sur coussin d'air. Selon une autre variante, illustrée partiellement par la figure 1, le dispositif objet de l'invention est embarqué, associé à un véhicule à propulsion uniquement électrique. Le dispositif (7) fournit au véhicule de l'énergie soit pour augmenter 35 les performances de vitesse et d'accélération du véhicule, soit pour augmenter son autonomie, soit pour augmenter l'ensemble de ses performances. Dans cette configuration, l'accumulateur (1) peut être un appoint ou ne servir qu'à mettre le dispositif (7) en marche en cas de décharge totale de l'accumulateur permettant 05 la propulsion du véhicule ou être l'accumulateur de propulsion du véhicule. Dans cette configuration l'autonomie du véhicule est considérablement augmentée puisque lorsque le véhicule se déplace à vitesse réduite ou dans une descente, l'accumulateur du véhicule se recharge pendant ce déplacement grâce au dispositif (7) et éventuellement grâce à un dispositif de récupération d'énergie 10 propre au véhicule. Dans la circulation, par exemple à l'arrêt devant un feu rouge ou pendant le stationnement du véhicule, le dispositif (7) recharge l'accumulateur jusqu'à sa pleine charge. Lorsque le dispositif (7) est conçu pour fournir une énergie électrique importante, capable de propulser à elle seule le véhicule avec des performances 15 acceptables, le souci de la recharge n'est plus présent. Si l'on veut que le dispositif (7) fonctionne correctement, un véhicule ainsi équipé doit être stationné à l'extérieur afin que l'extraction d'énergie calorifique ne fasse pas baisser, dans des proportions inacceptables, la température du local de stationnement. 20 Si le véhicule est stationné dans un garage fermé, une ventilation forcée alimentée, par exemple, par un autre dispositif tel que (7), fixe, permet un renouvellement de l'air ambiant dans lequel l'énergie calorifique est prélevée. Selon une autre variante, illustrée partiellement par la figure 2, une partie de 25 l'énergie calorifique utilisable, extraite par l'extracteur (2) est disponible (W) pour fournir du chaud etlou du froid, par exemple, pour le conditionnement d'air d'un engin qui dispose d'un dispositif (7) embarqué pour sa propulsion ou pour un autre usage. 30 Selon une autre variante, illustrée partiellement par la figure 2, lorsque le dispositif (7) est utilisé uniquement pour la fourniture de froid etlou de chaud grâce à un fluide, par exemple de l'air, de l'eau ou un fluide spécialement adapté à l'usage qui en est fait, le dispositif (7) fournit essentiellement ou uniquement du froid etlou du chaud (W) sans source d'énergie complémentaire. Ainsi, par 35 exemple, un dispositif (7) utilisé comme dispositif fournissant de l'air conditionné ne consomme aucune énergie mécanique ou électrique extérieure. Selon une autre variante, illustrée par la figure 2, et pour une utilisation en tant qu'énergie mécanique, une énergie mécanique (J) est produite par un moteur électrique (5) capable d'un couple important même au démarrage qui est alimenté en énergie électrique (I) par le générateur (4) et/ou par l'accumulateur (1) en (T) . 05 Selon une autre variante, illustrée par la figure 2, le dispositif (7) est associé à un moteur ou un turbomoteur principal ou auxiliaire (6) consommant du carburant (M). Dans le cas de cette association pour le déplacement d'un engin, on est dans le cas d'un moyen hybride de propulsion. L'énergie résultant de cette 10 association est utilisée suivant les besoins de l'engin. De la chaleur (Q) pouvant être dégagée par (6) est fournie à l'extracteur (2) par exemple par l'intermédiaire d'un radiateur de refroidissement de (6) ou d'un échangeur. De l'énergie mécanique (P) est disponible et utilisable en (R) et/ou de l'énergie électrique (U) et/ou de l'énergie mécanique (V) pour le fonctionnement 15 de l'extracteur (2) et/ou de l'énergie électrique (0) pour alimenter le moteur électrique (5) qui lui-même fournit l'énergie mécanique (J) vers l'utilisation (R), et/ou de l'énergie électrique (N) à l'accumulateur (1). L'énergie électrique fournie par le moteur ou turbomoteur (6) est produite par un générateur, non représenté, associé à (6). 20 La présente invention concerne aussi tout engin terrestre et/ou aquatique qui utilise un dispositif tel que (7) par exemple pour tout ou partie de sa propulsion. Selon une autre variante, illustrée par la figure 2, l'extracteur (2) reçoit de 25 l'énergie calorifique (B) du milieu ambiant ou, en partie ou en totalité, une énergie calorifique (L) provenant d'au moins une source (8) telle que capteur solaire, éolienne, activité produisant de l'énergie hydraulique, forrage, refroidissement de centrale électrique, nucléaire ou pas, pile à combustible, cheminée, toute source pouvant dégager de l'énerie calorifique destinée à faire fonctionner le dispositif 30 objet de l'invention ou comme source d'énergie auxiliaire récupérée: un refroidisseur de centrale électrique, par exemple, rejette dans son environnement une quantité importante d'énergie calorifique qui est perdue. La diriger et l'utiliser par le dispositif objet de l'invention permet d'augmenter le rendement global de cette centrale. II en est de même pour toute activité rejetant de l'énergie 35 calorifique, perdue dans l'environnement, afin de maintenir des installations à une température de fonctionnement correct. Ici aussi l'extracteur (2) fournit une différence de température entre le fluide froid et le fluide chaud supérieure à celle qui résulte de l'apport d'énergie calorifique (L) afin d'améliorer le rendement du moteur (3). Selon une autre variante, illustrée partiellement par la figure 1, le dispositif (7) est associé à un engin dont la propulsion est assurée, hormis ledit dispositif (7), 05 en tout ou partie par l'énergie électrique fournie par une pile à combustible. Au moins une partie de l'énergie calorifique dégagée par le fonctionnement de la pile à combustible est fournie à l'extracteur (2) puis transformée en énergie mécanique par le moteur (3), cette énergie mécanique pouvant être ensuite transformée en énergie électrique utilisable par l'engin. Ainsi le rendement global 10 de la pile à combustible est amélioré et la consommation de carburant pour la propulsion de l'engin est diminuée. Selon une autre variante, tout est identique à la variante précédente sauf que l'énergie calorifique provenant de la pile à combustible en fonctionnement est 15 fournie au moteur (3). Certaines piles à combustible fonctionnant à une température élevée, l'énergie calorifique produite par ladite pile est utilisable directement par le moteur (3) avec un bon rendement. L'extracteur (2) reste opérationnel en fournissant aussi de l'énergie calorifique soit en permanence soit en cas de besoin d'un apport supplémentaire. 20 Lorsque le terme "propulsion" est employé, il est pris au sens large qui englobe aussi le sens de "traction". Le dispositif selon l'invention est destiné à produire de l'énergie mécanique 25 et/ou électrique dans un ensemble fixe, par exemple destiné à produire de l'énergie pour une habitation, un ensemble d'habitations, une activité artisanale ou industrielle ou dans un ensemble mobile pour fournir tout ou partie de l'énergie nécessaire à un engin terrestre et/ou aquatique comme une automobile, un véhicule utilitaire, un bateau. 7 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour la production d'énergie mécanique et/ou électrique caractérisé en ce qu'il comporte un accumulateur électrique (1) alimentant, au moins au démarrage dudit dispositif, un extracteur d'énergie calorifique (2) de type pompe à chaleur fournissant de l'énergie calorifique (C) à un moteur 05 thermique (3) convertissant l'énergie calorifique en énergie mécanique disponible pour une utilisation extérieure au fonctionnement dudit dispositif (7), et/ou entraînant un générateur électrique (4) produisant une énergie électrique dont au moins une partie est dirigée vers l'accumulateur (1) et une autre partie peut être disponible pour une utilisation extérieure au fonctionnement dudit dispositif (7). 10 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'extracteur d'énergie (2) reçoit de l'énergie calorifique (B) du milieu ambiant, air et/ou eau, et/ou d'au moins une source telle que (8) en (L). 3) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le générateur électrique (4) fournit de l'énergie électrique 15 (S) à l'extracteur (2). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendicatiohs précédentes caractérisé en ce que le moteur (3) fournit de l'énergie mécanique et/ou calorifique (K) à l'extracteur d'énergie (2). 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes 20 caractérisé en ce qu'il est associé à un moteur électrique (5) alimenté par le générateur électrique (4) et/ou par l'accumulateur (1), (5) fournissant de l'énergie mécanique (J) disponible à l'extérieur de (7). 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est associé à un moteur ou un turbomoteur (6), principal 25 ou auxiliaire, consommant du carburant (M), fournissant de l'énergie calorifique (Q) et/ou électrique (U) et/ou mécanique (V) à l'extracteur d'énergie calorifique (2) et/ou de l'énergie mécanique utilisable (P) et/ou de l'énergie électrique (0) au moteur (5) et/ou à l'accumulateur (1). 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes associé à 30 un engin dont la propulsion est assurée, hormis ledit dispositif (7), en tout ou partie par l'énergie électrique fournie par une pile à combustible caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'énergie calorifique dégagée par ladite pile à combustible pendant son fonctionnement est fournie à l'extracteur d'énergie calorifique (2) dudit dispositif. 35 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes à l'exclusion de la revendication 7 caractérisé en ce qu'au moins une partie del'énergie calorifique dégagée par une pile à combustible associée audit dispositif, pendant le fonctionnement de ladite pile, est fournie au moteur (3) dudit dispositif. 9) Engin ou véhicule terrestre et/ou aquatique utilisant pour tout ou partie de 05 sa propulsion un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.