Brevet FR2921442A1 — publié le 20090327

I La présente invention est relative à un échangeur d'énergie pneumatique et à ses utilisations dans un générateur d'air ou de gaz comprimé ou dans un moteur à combustion interne ou encore dans un groupe frigorifique. Les moteurs à combustion interne ont de nombreuses applications, et notamment la propulsion de véhicules automobiles. Dans ces applications les moteurs les plus utilisés, notamment lorsqu'une certaine sobriété de consommation est recherchée, sont des moteurs à pistons liés utilisant le dispositif bielle-manivelle. 1 o Or, le dispositif bielle-manivelle est à l'origine d'une forte dégradation de l'énergie mécanique par des frottements qui se manifestent surtout au passage des pistons au point mort haut. La lubrification atténue dans une certaine mesure les frottements en question, mais oblige à un refroidissement intense des cylindres et de 15 l'ensemble des pièces en mouvement, lequel est source lui-même de déperdition d'énergie sous forme de fuites thermiques. Dans certaines réalisations de ce type, le rendement thermodynamique est affecté au surplus par le fait que le rapport de compression volumique est modifié dans un sens défavorable aux faibles 20 valeurs de couple (moteur fonctionnant selon un cycle de Miller). On connaît également les moteurs dits rotatifs utilisant ni pistons ni embiellages, mais des trilobes dont le mouvement hypocycloïdal est défini par un vilebrequin et un couple d'engrenages. Ces liaisons mécaniques sont elles-aussi sources de frottement, et on déplore une situation semblable à 25 celle connue pour les moteurs à pistons liés. Les dissipations d'énergie rappelées ci- dessus ont un impact particulièrement fâcheux sur la consommation de carburant lorsque les moteurs considérés ici sont utilisés à faible couple, ce qui est une circonstance fréquente pour les moteurs automobiles en conduite urbaine. 30 Il en résulte une consommation élevée de carburant dans cette utilisation. En effet, dans ce cas l'énergie produite par la détente des gaz ne dépasse que de très peu celle nécessaire à la compression de l'air (ou du mélange carburé) avant combustion. L'importance de l'énergie perdue par frottement prend alors une valeur relative très importante par rapport à l'énergie utilisable qui est égale en importance à la différence entre l'énergie produite par la détente et celle absorbée par la compression. On connaît également des moteurs à combustion interne comprenant une première partie dite générateur de gaz, qui génère du gaz brûlé s comprimé, et une deuxième partie qui transforme l'énergie pneumatique portée par le gaz brûlé comprimé en énergie mécanique. Ces machines utilisent pour produire un gaz brûlé comprimé soit des turbines soit des pistons semi-libres. Les machines qui utilisent des turbines n'ont pas un rendement très 1 o élevé du fait du principe même des turbines. Ce n'est pas d'ailleurs le but recherché sur ces types de machines pour lesquelles on recherche avant tout une puissance massique élevée. Les machines à pistons semi-libres, ne marquent pas non plus un avantage décisif en matière de rendement. Les inconvénients de ce type de 15 machines résultent notamment du fait que les pistons sont synchronisés de façon mécanique, qu'une turbine pour transformer l'énergie pneumatique portée par le gaz issu du générateur en énergie mécanique est nécessaire, et enfin parce que le taux de compression volumique se réduit aux faibles pressions de gaz produit par le générateur. 2o En outre, du fait même de leur conception, les moteurs thermiques actuels présentent l'inconvénient de générer, en dehors du gaz carbonique, des gaz polluants et en particulier des oxydes d'azote lorsque la combustion se fait en milieu oxydant. Le but de la présente invention est de remédier le plus possible à ces 25 inconvénients, en proposant des dispositions constructives pour des moteurs thermiques à combustion interne conçus pour tous usages dans lesquels la sobriété de consommation de combustible est recherchée, et spécialement pour la propulsion de véhicules se déplaçant sur le sol, et en particulier de véhicules automobiles, de poids-lourds, d'automotrices ferroviaires et tous :3o véhicules équivalents. Accessoirement l'invention permet de concevoir et construire des générateurs d'air comprimé et des groupes frigorifiques. A cet effet l'invention a pour premier objet un échangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire comprenant au moins un étage moteur pneumatique traversé par le gaz primaire, la pression du gaz primaire en entrée de l'étage moteur pneumatique étant plus forte que la pression du gaz primaire en sortie de l'étage moteur pneumatique, et au moins un étage compresseur traversé par le gaz secondaire, la pression du gaz secondaire en sortie de l'étage compresseur étant plus élevée que la pression du gaz secondaire en entrée de l'étage compresseur, l'étage moteur pneumatique et l'étage compresseur étant liés mécaniquement entre eux de façon à ce que l'énergie mécanique prélevée sur le gaz primaire et délivrée par l'étage moteur pneumatique soit absorbée entièrement, aux pertes près, par l'étage compresseur et transmise au gaz secondaire. 1 o De préférence, l'étage moteur pneumatique et l'étage compresseur comportent au moins une entrée et une sortie pneumatiques munies de dispositifs d'obturation commandables tels que des soupapes, de façon à pouvoir régler les débits et pressions des gaz primaires et secondaires, ainsi que la puissance traitée, en adaptant la séquence d'ouverture et de fermeture 15 des dispositifs d'obturation. L'étage moteur pneumatique et l'étage compresseur sont constitués par exemple d'au moins une enceinte cylindrique, éventuellement compartimentée, dans laquelle au moins un piston libre est monté mobile, l'au moins un piston libre faisant office de masselotte et de cloison de séparation o entre gaz primaire et gaz secondaire. L'au moins une enceinte cylindrique peut comporter une cloison diamétrale délimitant deux compartiments identiques et un piston libre est monté mobile dans chaque compartiment, les deux pistons libres étant reliés par une tige de façon à former un piston double, la tige traversant la cloison 25 diamétrale et ayant une longueur adaptée pour que chaque piston libre puisse balayer la quasi-totalité du compartiment dans lequel il est mobile et dans lequel il délimite deux volumes constituant une chambre primaire et une chambre secondaire. Chaque volume comporte au moins une entrée et une sortie de gaz, de telle sorte que les deux volumes disposés aux extrémités de 3o l'enceinte cylindrique puissent être traversés par l'un des gaz et les deux volumes disposées dans la partie centrale de l'enceinte cylindrique, de part et d'autre de la cloison diamétrale, puissent être traversés par l'autre gaz ; les entrées et sorties de gaz comportant des moyens d'obturation commandés selon un cycle tel que les deux pistons libres reliés par une tige exécutent des mouvements d'aller et retour d'égale durée sur la quasi-totalité de la course balayable afin de permettre l'écoulement saccadé et unidirectionnel des deux gaz . Ladite enceinte cylindrique munie d'un piston double constitue un échangeur pneumatique à pistons libres simple. L'échangeur d'énergie pneumatique peut comprendre deux échangeurs pneumatiques à pistons libres simples coaxiaux symétriques l'un de l'autre, et dont les pistons doubles exécutent des mouvements synchrones en opposition de phase. L'au moins un piston double peut comporter un alésage axial et être 1 o monté coulissant sur une tige centrale passant à travers l'alésage axial, ladite tige centrale comportant des moyens pour faire circuler et pour distribuer au moins un fluide pour la lubrification et le refroidissement. De préférence, au moins un moyen d'obturation est une soupape munie d'un dispositif de commande hydromécanique du type bascule bistable 15 comprenant un cylindre dans lequel est monté mobile un piston relié à la tête de soupape par une tige montée coulissante dans un palier prévu dans le fond d'une première extrémité du cylindre. Le piston comporte dans sa partie médiane une première gorge prolongée par au moins un canal débouchant à une première extrémité du piston et une deuxième gorge, adjacente à la 20 première gorge, et prolongée par au moins un canal débouchant à une deuxième extrémité du piston. La paroi cylindrique du cylindre comporte des lumières permettant d'alimenter en liquide peu compressible à haute pression ou en liquide peu compressible à basse pression la première gorge et la deuxième gorge afin de provoquer un mouvement de va et vient du piston 25 sous l'effet des pressions appliquées sur les deux faces du piston par le liquide peu compressible. Les lumières prévues dans la paroi cylindrique du cylindre sont disposées de telle sorte que l'énergie mise en jeu lors de l'accélération du piston sous l'effet des pressions hydrauliques est récupérée, aux pertes près, lors de la décélération du piston. o L'invention a également pour objet un générateur de gaz comprenant au moins un échangeur d'énergie pneumatique selon l'invention, et au moins un moyen d'échange ou de production d'énergie thermique alimenté en gaz par le gaz secondaire produit par l'échangeur d'énergie pneumatique et produisant un gaz constituant le gaz primaire d'alimentation de l'au moins un échangeur d'énergie pneumatique. Le générateur de gaz peut comprendre une pluralité d'échangeurs d'énergie pneumatique montés en série ou en parallèle. Le moyen d'échange ou de production d'énergie thermique est par 5 exemple un moyen de combustion isobare. Le moyen d'échange ou de production thermique peut également être un radiateur refroidi à l'air soufflé. L'invention a aussi pour objet un groupe moteur comprenant un générateur de gaz ;selon l'invention et un moteur pneumatique alimenté par le 10 générateur de gaz, ledit moteur pneumatique étant alimenté en série à partir d'un point quelconque du circuit de gaz primaire ou du circuit de gaz secondaire du générateur de gaz, ou en parallèle entre un point du circuit de gaz primaire ou secondaire à une première pression et un point du circuit de gaz primaire ou secondaire à une deuxième pression différente de la 15 première pression. De préférence, le groupe moteur comprend des moyens de commande des dispositifs d'obturation de l'au moins un échangeur d'énergie pneumatique, lesdits moyens de commande étant pilotés de telle sorte que les gaz brûlés et éventuellement l'air rejeté à l'atmosphère, sont rejetés à une :2o pression aussi faible que possible, compatible avec le débit d'air aspiré souhaité. Le groupe rnoteur peut être utilisable sur un véhicule terrestre et comprendre en outre un réservoir d'air ou de gaz brûlés comprimés disposé en tampon sur le circuit de gaz primaire ou sur le circuit de gaz secondaire, le 25 moteur pneumatique étant réversible de façon à pouvoir fonctionner en compresseur lors des ralentissements du véhicule sur lequel il est monté afin de stocker l'énergie récupérée sous forme d'air ou de gaz comprimé. De préférence, le moteur pneumatique est une machine à pistons liés par bielles et manivelles, à simple effet et à vilebrequin unique comprenant au 3o moins un cylindre haute pression et un cylindre basse pression, les cylindres étant adaptés pour que les couples correspondant aux différents cylindres, sur un tour de vilebrequin, soient aussi bien répartis que possible. Le moteur pneumatique peut comporter une pluralité de cylindres disposés en ligne de façon à ce que les axes des cylindres soient disposés dans un même plan, et en ce que l'axe du vilebrequin soit situé dans un plan parallèle au plan des axes des cylindres et écarté du plan des axes des cylindres de façon à minimiser les frottements entre les pistons et les parois intérieures du cylindre. Lorsque le rnoteur pneumatique est utilisé en moteur, l'admission du gaz ou de l'air est de préférence légèrement retardée par rapport au passage du piston au point rnort haut, ou lorsque le moteur pneumatique est réversible et utilisé en compresseur, le refoulement de l'air ou du gaz est de préférence légèrement avancée par rapport au point mort haut, de manière à obtenir le 1 o meilleur rendement. Le moyen de combustion isobare est par exemple une chambre de combustion alimentée par un combustible fluide injecté, et la chambre de combustion est alimentée par intermittence de façon à minimiser la production de gaz polluants tout en respectant, au cours d'un cycle, la 15 température moyenne correspondant, pour un débit d'air frais aspiré, à la puissance souhaitée du groupe. La chambre de combustion isobare peut également être alimentée en combustible solide sous forme d'une ou plusieurs cartouches disposées dans la chambre de combustion, la combustion s'effectuant dans les cartouches, 20 les cartouches étant mises en service simultanément ou successivement. L'invention a aussi pour objet un groupe frigorifique comportant un échangeur d'énergie pneumatique selon l'invention et comprenant un radiateur et un moyen pour fournir de l'air comprimé monté en série ou en parallèle sur les circuits de gaz primaire ou secondaire, le circuit de gaz secondaire de l'échangeur d'énergie pneumatique fournissant de l'air comprimé qui est refroidi par le radiateur pour former de l'air refroidi. Le moyen pour fournir de l'air comprimé peut être un compresseur 30 aspirant de l'air ambiant. Le moyen pour fournir de l'air comprimé peut être un prélèvement sur le circuit secondaire d'un générateur de gaz. Enfin, il est possible par utilisation d'un échangeur d'énergie pneumatique selon l'invention, d'un compresseur d'air 35 conventionnel et d'échangeurs thermiques de réaliser une pompe à chaleur, les échangeurs constituant les sources froide et chaude de la pompe. 25 L'invention va maintenant être décrite plus en détails au regard des figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est un schéma de principe d'un échangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire à pistons libres, simple. - la figure 2 est un schéma de principe d'un échangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire à pistons libres, double. - la figure 3 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un 1 o échangeur d'énergie pneumatique entre gaz primaire et gaz secondaire à pistons libres, double. - la figure 4 A et 4 B représentent schématiquement la détection de fin de course d'un équipage mobile et le traitement électronique du signal. - la figure 5 représente un schéma de principe d'un groupe moteur 15 utilisant deux échangeurs d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire. - la figure 6 représente un schéma de principe d'un groupe moteur consommant des combustibles sous forme solide. - la figure 7 est une représentation schématique d'un dispositif de 20 commande hydromécanique d'une soupape commandée. - les figures 8 A et 8 B représentent schématiquement le principe de fonctionnement d'un moteur/compresseur. La figure 8C représente une coupe horizontale du moteur/ compresseur au niveau du vilebrequin, bielles de pistons enle- 25 vées. - la figure 9 représente schématiquement le principe de décalage de l'axe de rotation du vilebrequin d'un moteur/compresseur. - la figure 10 représente schématiquement le principe de fonctionnement d'un groupe frigorifique - La figure 11 représente schématiquement le principe d'une climatisation de véhicule automobile utilisant un groupe moteur selon l'invention. La figure 12 représente une coupe axiale d'un compartiment d'échangeur pneumatique haute pression avec piston guidé par palier à air et sans refroidissement de ce piston. La figure 12 bis représente un détail du refroidissement de la soupape contrôlant le flux primaire d'un échangeur pneumatique haute pression. Les figures 13 et 13 bis représentent des coupes axiales d'un compartiment d'échangeur pneumatique haute pression montrant le détail du guidage par palier à air d'un piston refroidi par l'air à moyenne pression. 30 :35 40 La Figure 14 est une section diamétrale de ce même échangeur haute pression illustrant de même le principe de refroidissement du piston par de l'air à moyenne pression. La figure 15 représente une section axiale d'un échangeur pneumatique basse pression. La figure 1.6 est une section de réservoir d'air comprimé chaud et à haute pression muni de labyrinthes statiques permet-tant l'expansion ou le retrait de l'air chaud confiné dans la partie centrale du réservoir. La figure 17 représente le même réservoir d'air comprimé dans lequel la partie la plus chaude de l'air comprimé est confiné dans une vessie métallique. La figure 18 représente le schéma de deux versions de pompes à chaleur. La figure 19 représente le schéma d'une pompe à chaleur pour le dé.ssalage de l'eau de mer. La figure 20 représente en coupe axiale le principe d'une obturation de l'arrivée ou du départ de l'air dans une chambre d'échangeur pneumatique au moyen de diaphragmes plats ou cylindriques. La figure 20 bis représente une vue en vue de dessus d'un diaphragme plat. Les figures 21 et 21 bis représentent des vues en perspective de la partie mobile et de la partie fixe d'un diaphragme cylindrique pour échangeur pneumatique de pompe à chaleur. CHAPITRE I : Echangeur d'énergie pneumatique. L'échangeur d'énergie pneumatique décrit dans ce texte est destiné à transférer l'énergie pneumatique portée par le gaz primaire du fait de sa :30 pression sur le gaz secondaire. Dans un but de simplification l'exposé est fait en détail dans le cas où les deux gaz échangent leurs pressions, les débits étant les mêmes. Lorsque les gaz échangent leurs énergies pneumatiques et non plus seulement leurs pressions l'exposé se complique parce que la chronologie des événements décrits se complique elle-même, mais le 35 principe de fonctionnement reste cependant inchangé. Dans le même esprit de simplification il est supposé que les gaz en cause sont parfaits, qu'ils ont même atomicité, que le rapport de leurs chaleurs spécifiques est invariable avec la pression et la température et égal à 1,4. Il sera supposé par ailleurs qu'il n'y a dans le processus décrit ni perte :10 15 20 25 d'énergie mécanique par frottements, ni perte d'énergie pneumatique, ni perte thermique. Si l'on désigne par e le rapport commun de détente/compression des deux gaz en cause le rapport des pressions entre l'entrée et la sortie de l'échangeur est égal à 61'4. Toujours pour abréger l'exposé il sera supposé E>2. L'échangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire représenté schématiquement à la figure 1 est un échangeur d'énergie pneumatique à pistons libres simple. Cet échangeur d'énergie pneumatique est constitué d'un cylindre 1 fermé à ses extrémités 2 et 3 et I o divisé par une cloison diamétrale 4 en deux parties de cylindre ou compartiments 5 A et 5 B. Un équipage mobile 6 est disposé à l'intérieur du cylindre 1. L'équipage mobile 6 est constitué d'un piston 7 A et d'un piston 7 B reliés de façon rigide par une tige 9. Ainsi, l'équipage mobile 6 est un piston double. Le piston 7 A est disposé dans la partie de cylindre 5 A du :15 cylindre 1, le piston 7 B est disposé dans la partie de cylindre 5 B du cylindre 1, et la tige 9 de liaison entre les pistons 7 A et 7 B est montée coulissante dans un palier à travers la cloison diamétrale 4. Avec ces dispositions, le piston 7 A délimite dans la partie de cylindre 5 A du cylindre 1 une chambre primaire 10 A et une chambre secondaire 11A, le piston 7 B délimite dans la 20 partie de cylindre 5 B du cylindre 1 une chambre primaire 10B et une chambre secondaire 11 B. Les volumes des chambres primaires 10 A et 10 B d'une part et des chambres secondaires 11 A et 11 B d'autre part, sont variables et dépendent de la position de l'équipage mobile 6. Lorsque cet équipage mobile se déplace, il fait varier les volumes des chambres primaires 25 et secondaires. Compte-tenu de la disposition retenue dans laquelle les deux pistons 7 A et 7 B sont reliés par la tige 9, lorsque l'équipage mobile se déplace de façon à faire augmenter le volume de la chambre primaire 10 A, le volume de la chambre secondaire 11 A associée diminue, simultanément le volume de la chambre primaire 10 B diminue et le volume de la chambre 3o secondaire associée 11 B augmente. L'évolution des volumes des chambres primaires et secondaires est inversée lorsque le mouvement de l'équipage mobile 6 est inversé. L'échangeur d'énergie pneumatique comporte également des circuits de gaz destinés à faire circuler d'une part le gaz primaire à travers les chambres primaires 10 A et 10 B et d'autre part le gaz secondaire dans les chambres secondaires 11 A et 11 B. Le circuit de gaz primaire comporte un circuit d'alimentation en gaz primaire 14 se divisant en deux branches 14 A et 14 B destinées à alimenter d'une part la chambre primaire 10 A et d'autre part la chambre primaire 10 B, et un circuit d'évacuation du gaz primaire 15 comportant une branche 15 A permettant d'évacuer le gaz primaire de la chambre primaire 10 A et une branche 15 B permettant d'évacuer le gaz primaire provenant de la chambre primaire 10 B. Chacune des branches 14 A et 14 B du circuit d'alimentation 1 o en gaz primaire 14 comporte un dispositif d'obturation 18 A ou 18 B tel que par exemple un robinet, une vanne ou une soupape pouvant être commandés. De même chaque branche 15 A et 15 B du circuit d'évacuation du gaz primaire 15, comporte un dispositif d'obturation 19 A et 19 B qui est par exemple un robinet, une vanne ou une soupape pouvant être 15 commandés. De la même façon le circuit de gaz secondaire comporte d'une part un circuit d'alimentation en gaz secondaire 16 se divisant en deux branches 16 A et 16 B débouchant dans les chambres secondaires 11 A et 11 B respectivement, et un circuit d'évacuation des gaz secondaires comportant 20 deux branches 17 A et 17 B permettant d'évacuer des gaz des chambres secondaires 11 A et 11 B. Chacune des branches 16 A et 16 B des circuits d'alimentation en gaz secondaire 16, comporte un dispositif d'obturation 20 A ou 20 B respectivement, qui est par exemple un robinet, une vanne ou une soupape commandable. De même chaque branche 17 A et 17 B du circuit 25 d'évacuation des gaz secondaires comporte un dispositif d'obturation 21 A ou 21 B constitué par exemple d'un robinet, une vanne ou une soupape commandable. Lorsque l'échangeur d'énergie pneumatique est alimenté en gaz primaire à haute pression qui peut être évacué sous forme de gaz primaire à 3o basse pression, et d'autre part en gaz secondaire à basse pression, il peut évacuer un gaz secondaire à haute pression pourvu simplement que les dispositifs d'obturation des circuits primaires et secondaires soient ouverts et fermés selon un cycle adapté. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, les chambres primaires 10 A et 10 B sont disposées de part et d'autre de la cloison diamétrale 4, et les chambres secondaires 11 A et 11 B sont disposées aux deux extrémités de l'enceinte cylindrique. Mais, la disposition des chambres primaires et secondaires peut être inversée. De façon générale, chaque piston délimite, dans le compartiment qui le contient, deux volumes dont l'un constitue une chambre primaire et l'autre une chambre secondaire. On va maintenant décrire le fonctionnement d'un échangeur d'énergie pneumatique. L'équipage mobile décrit sous la poussée des gaz un mouvement alternatif en utilisant la quasi-totalité de la course géométrique 1 o disponible. Dans la réalité l'équipage mobile n'ira jamais en butée sèche, sauf pendant la phase de démarrage, non décrite dans ce texte, mais que chacun peut imaginer. La commande des dispositifs d'obturation est telle que l'équipage mobile rebrousse chemin avant que les pistons ne viennent en butée contre les fonds 2 et 3 du cylindre, ou contre la cloison transversale 4 15 en laissant subsister de minces matelas de gaz comprimé. L'exposé qui va suivre ne tient pas compte de cette circonstance. On peut considérer le mouvement de l'équipage mobile dans son mouvement ascendant à partir de sa position la plus basse. Dans cette phase du mouvement c'est la partie supérieure 5 A du cylindre 1 qui est active alors 20 que dans la partie inférieure 5 B s'opère le renouvellement des gaz qui sont l'un et l'autre à basse pression : le gaz primaire contenu dans le compartiment 10 B s'en évacue par l'obturateur ouvert 19 B pendant que le gaz secondaire accède par l'obturateur ouvert 20 B au compartiment 11 B. Bien entendu pendant cette phase les obturateurs 18 B et 21 B qui 25 commandent la haute pression, et situés à droite du cylindre comme tous les obturateurs contrôlant la haute pression, sont fermés. Dans la partie active supérieure 5 A et immédiatement avant le début du mouvement tous les obturateurs sont fermés. Le compartiment 11 A est 30 rempli de gaz secondaire qui vient d'y accéder avant que la soupape supérieure gauche 20 A ne se ferme. Le gaz secondaire contenu dans ce compartiment est donc à la basse pression. Le mouvement démarre dès lors que l'on ouvre l'obturateur 18 A à droite qui met la pression dans le compartiment 10 A qui est à son minimum 35 de volume. Sous l'effet de la différence des pressions auxquelles il est soumis, l'équipage mobile s'élance vers le haut pendant que le gaz secondaire contenu dans le compartiment 11 A subit un début de compression. Cette situation se maintient jusqu'à ce que l'équipage se soit déplacé de la valeur s C/E, C désignant la course géométrique. A cet instant on ferme l'obturateur 18 A précité, l'obturateur d'évacuation 19 A du gaz primaire restant toujours fermé et ceci tant que l'équipage n'aura pas parcouru la totalité de la course C, de manière à ce que le volume de gaz primaire admis dans le compartiment 10 A se détende jusqu'à la basse pression. io Pendant que le gaz primaire se détend et jusqu'à ce que l'équipage se soit déplacé de l'élongation C x (1ù1/e) (plus grande que É avec l'hypothèse prise sur e), le gaz secondaire contenu dans le compartiment supérieur 11 A continue sa compression jusqu'à atteindre la haute pression pour l'élongation précitée de C x (1ù1/e). A partir de cet instant et durant le restant de la course 15 de l'équipage il convient d'ouvrir l'obturateur 21 A de sortie du gaz secondaire pour en permettre Ile refoulement, l'obturateur 20 A basse pression d'entrée en haut à gauche restant fermé bien entendu durant cette phase finale d'ascension de l'équipage. On notera que le mouvement de l'équipage est accéléré sur la 20 première moitié de la course au terme duquel la vitesse, et donc l'énergie cinétique est maximale. Sur la deuxième moitié, le mouvement se reproduit à l'identique, mais est chronologiquement inversé. Parvenu au bout de la course C, l'équipage rebrousse chemin et entame un mouvement descendant si l'on prend soin de manoeuvrer les 25 obturateurs symétriques des précédents par rapport au plan diamétral du cylindre 1 lors des passages de l'équipage par les positions géométriques correspondantes. Ce cycle de fonctionnement est représenté au tableau 1 (0: dispositif d'obturation ouvert, F : dispositif d'obturation fermé). 3o A la lumière de cette description du fonctionnement de l'échangeur d'énergie pneumatique, on voit qu'un piston libre associé à une chambre primaire remplit une fonction d'étage moteur pneumatique et qu'associé à une chambre secondaire, il remplit une fonction d'étage compresseur et que l'étage moteur pneumatique et l'étage compresseur sont liés mécaniquement entre eux de façon à ce que toute l'énergie prélevée par l'étage moteur sur le gaz primaire soit transmise intégralement au gaz secondaire par l'étage compresseur, aux pertes près. Dans cet échangeur d'énergie pneumatique, les détentes et les compressions de gaz sont adiabatiques. Il en résulte que, pour un gaz diatomique, si le taux de compression est de 10, le rapport des pressions d'entrée et de sortie est de 101'4, soit, environ 25. En partant d'air à la pression atmosphérique, on peut ainsi obtenir de l'air dont la pression est 1 o d'environ 25 fois celle de l'atmosphère. Tableau 1 : Partie A Partie B Pr imaire Secondaire Primaire Secondaire Ad Echapt Adm Echapt Adm Echapt Adm Echapt m 18A 19A 20A 21A 18B 19B 20B 21B 1 O F F F F O O F Aller 2 3 F F F F F O O F F F F O F O O F 4 O O F O F F F Retour 5 6 O O F F F F F F O O F F F F O :15 Le fonctionnement de l'échangeur d'énergie pneumatique qui vient d'être décrit s'entend pour sa capacité maximale de débit et de puissance. Mais, débit et puissance peuvent être réglés. Pour ce faire la phase d'admission du gaz primaire doit être réduite à un parcours moindre de l'équipage mobile que la valeur précédente de CIE, soit a C/E avec 0 Pour éviter des allées et venues du gaz primaire par l'obturateur de sortie 19 A lors du reste de l'ascension de l'équipage mobile, puis de sa redescente, il convient de maintenir cet obturateur fermé, et donc de continuer la détente du gaz primaire au-delà de sa pression en aval de l'échangeur et de n'ouvrir l'obturateur 19A que, lors de la redescente de l'équipage, lorsque la pression du gaz dans le compartiment en cause aura rejoint à nouveau la basse pression. De même, dans le mouvement ascendant de l'équipage mobile, le gaz 1 o secondaire ne sera refoulé du compartiment 11 A en haut de la figure au travers de l'obturateur 21 A que dans la dernière partie de la course sur la fraction C/e, et non plus CIE, et il ne sera aspiré dans le compartiment 11 B en bas de la figure au travers de l'obturateur 20 B que durant la première partie de la course, sur la fraction aC et non plus sur la course totale. 15 Le facteur ;i, qui mesure le rapport entre course utile et course géométrique, a une influence évidente sur le débit des gaz et la puissance de l'échangeur. Mais, il influence aussi la fréquence des battements de l'équipage. Lorsque diminue, la fréquence diminue et avec elle les débits de gaz traités et la puissance de l'échangeur. 20 Les choses se compliquent encore lorsque les gaz sont des gaz réels et non plus des gaz parfaits, qu'ils n'ont plus la même atomicité et que les pressions d'entrée et de sortie sont quelconques, quoique faiblement variables avec le ternps. Cependant, l'échange d'énergie pneumatique se fait selon le principe de fonctionnement qui vient d'être exposé dans le cadre de 25 la conservation de l'énergie, aux pertes près, et qui s'exprime par une relation mathématique qui met en jeu les pressions d'entrée et de sortie des gaz et leurs débits volumiques. L'échangeur d'énergie pneumatique à pistons libres dont le principe vient d'être décrit, a l'avantage de comporter un équipage mobile 6 animé 30 d'un mouvement alternatif linéaire et par conséquent un mouvement dans lequel les pertes par frottements sont beaucoup plus faibles que dans des dispositifs du type bielle-manivelle. En effet, il n'y a pas de force exercée latéralement sur l'équipage mobile. Cependant l'équipage mobile présente l'inconvénient d'être animé d'un mouvement alternatif engendrant des :35 vibrations importantes. Afin de limiter ces vibrations il est souhaitable de5 disposer de deux échangeurs d'énergie pneumatique à pistons libres identiques, disposés sur le même axe, tête-bêche, et de faire fonctionner les deux équipages mobiles en opposition de phase. Avec cette disposition, les vibrations engendrées par le premier équipage mobile sont annihilées par les vibrations engendrées par le deuxième équipage mobile. On obtient ainsi un échangeur d'énergie pneumatique à pistons libres double, dont un mode de réalisation va maintenant être décrit. Echangeur d'énergie pneumatique double 1 o La figure 2 montre, à titre d'exemple, une manière de réaliser un échangeur d'énergie pneumatique double qui consiste à compléter l'échangeur schématisé en figure 1 par son symétrique par rapport au plan diamétral du fond 3 du cylindre 1. Les différentes pièces de l'échangeur original sont repérées comme sur la figure 1 alors que celles correspondantes 15 de son symétrique sont repérées avec l'accent prime. Lorsque les mouvements des équipages mobiles 6 et 6' sont synchrones les pressions dans les différents compartiments symétriques le sont aussi. C'est la raison qui a conduit à supprimer le fond diamétral 3 du cylindre de sorte que la chambre secondaire 11B est commune aux deux 20 échangeurs simples. Pour cette même raison de symétrie les dispositifs d'obturation symétriques contrôlant le passage des flux haute pression, ceux disposés à droite du cylindre 1, ont été remplacés par un dispositif unique par couple symétrique. En revanche, les dispositifs d'obturation qui contrôlent les flux basse pression, représentés à gauche ont été maintenus pour chacun 25 des compartiments. La raison en est double. D'une part, la mise en commun de dispositifs d'obturation conduit à augmenter les volumes morts non balayés par les pistons des équipages mobiles dont l'effet vient s'ajouter à celui des matelas de gaz comprimé faisant butées élastiques de fin de course évoqués précédemment. Ces volumes morts entraînent un -.3o surdimensionnement de l'échangeur et ceci particulièrement lorsque de forts taux de compression/détente sont recherchés. Or, pour les tuyauteries basse pression les volumes morts sont plus importants qu'en haute pression du fait de leur section plus grande. D'autre part, la commande individuelle des flux vers ou en provenance de chacun des compartiments fournit un moyen discriminatoire de contrôle du mouvement des deux équipages mobiles par les dispositifs d'obturation. Il suffit, par exemple, de différer légèrement le début de l'évacuation du gaz primaire de l'équipage qui a pris une légère avance sur son symétrique pour rétablir le synchronisme des mouvements. Cet échangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire présente, comme le cas précédent, l'avantage d'utiliser des équipages mobiles ayant des mouvements linéaires, ce qui minimise les pertes d'énergie par frottement. 1 o Echangeur d'énergie pneumatique à tige centrale Dans les machines à pistons liés le gaz traversant s'échauffe. Ceci est vrai pour les compresseurs et davantage encore pour les moteurs thermiques où la source de chaleur ajoute des calories à un gaz déjà chaud, ce qui nécessite un refroidissement des pièces en contact avec le gaz. Celles-ci 15 constituent des surfaces enveloppantes qui contraignent le gaz en volume : le cylindre, la culasse et le piston, qui sont refroidis intensément de manière à éviter en premier lieu une dégradation physico-chimique du lubrifiant. Ce refroidissement intense entraîne à son tour une désertion calorique importante par conduction-convection, mais surtout par rayonnement. 20 Sur la machine à pistons totalement libres telle que décrite existe une autre possibilité du fait de l'absence du système bielle/manivelle/vilebrequin. Elle consiste à guider l'équipage mobile par le centre et non plus par l'extérieur. Le guidage peut se faire par une tige centrale lubrifiée et refroidie peu exposée au gaz chaud alors que les surfaces enveloppantes n'ont plus 25 que la fonction contentive et peuvent donc monter en température bien au-dessus de la température supportée par le lubrifiant. Plus élevée sera la température des surfaces enveloppantes et moins grande sera l'incitation à l'évasion des calories portées par le gaz. La chose sera mieux comprise à l'examen de la figure 3 sur laquelle 30 n'est représenté que le quart supérieur d'un échangeur double associant deux échangeurs simples identiques, puisque ce dernier a une double symétrie. Les repères des pièces correspondantes sont ceux utilisés sur la figure 1. La tige centrale 50 de guidage de l'équipage mobile 6 fait corps avec le couvercle de l'échangeur repère 2. Les dispositifs d'obturation sont des soupapes repérées 20 A pour l'entrée du gaz secondaire, 21 A pour la sortie de ce même gaz. Les soupapes d'entrée et de sortie du gaz primaire ne sont pas visibles sur la figure 3. La tulipe de la soupape 21 A de sortie du gaz secondaire a une dépouille inversée par rapport à la dépouille habituelle du fait que la pression en aval de la soupape est supérieure ou au moins égale à la pression en amont. Des écrans thermiques, en céramique par exemple, tapissent les parois intérieures du couvercle et du cylindre exposées au gaz. Ils prennent la forme d'une plaquette 2 A pour le couvercle et d'une fourrure cylindrique 1 A pour le cylindre. 1 o La lubrification est simplifiée. Sur la tige centrale d'abord, sur laquelle n'apparaissent pas d'efforts substantiels, la lubrification est faite de manière séquentielle par mise en pression périodique d'un circuit d'huile (non représenté) interne à la tige centrale et qui sert par ailleurs au refroidissement des surfaces de guidage de la tige et de l'équipage mobile. Ce circuit, dont 15 l'entrée et la sortie sont repérées 52 et 51, débouche sur la face extérieure de la tige centrale dans une zone toujours couverte par l'équipage mobile 6. Sur la surface de contact entre le piston 7 A et le tapissage intérieur du cylindre, réalisé au moyen des seuls segments 12, la lubrification est encore plus simplifiée. Elle peut être réalisée au moyen d'un matériau auto lubrifiant 20 constituant les segments. Enfin, des ailettes repérées 13, en nombre limité protègent, mais sans excès, les matériaux constitutifs du cylindre, des couvercles et des cloisons transversales qui doivent résister à la pression et à la température des gaz. 25 Détermination de la position des équipaqes et asservissement des dispositifs d'obturation. Le principe de la détermination de la position des équipages mobiles est illustré sur la figure 4 A sur laquelle les mêmes pièces portent les mêmes repères que ceux figurant sur les figures précédentes. 30 La position de l'équipage mobile est déterminée, selon le procédé le plus simple, par une détection physique au moyen d'un détecteur dont la plage de sensibilité, voisine des fins de course (ou points de rebroussement), est très faible eu égard à la course de l'équipage mobile. Hors de cette plage de sensibilité la position de l'équipage est déterminée par calcul selon les schémas objet des figures 4 A et 4 B. Les ordres d'ouverture ou de fermeture des soupapes, fonctions bien entendu de la position de l'équipage mobile sont transmis aux vérins de commande de ces dispositifs d'obturation par un asservissement (dit) "en boucle ouverte" avec cependant un recalage effectué au vu de la dérive de position constatée par le même détecteur au bout d'une course aller- retour (ce qui constitue une sorte de bouclage au bout d'un aller-retour de l'équipage mobile). Une butée mécanique 26 est représentée sur la figure 4 A où elle fait corps avec le couvercle de l'échangeur. Cette butée n'intervient, sauf 1 o accident sur la commande d'asservissement entre le mouvement du piston et celui des dispositifs d'obturation qui contrôlent ce mouvement, qu'au moment d'un arrêt et de la phase de redémarrage qui suit cet arrêt. La butée mécanique est donc disposée en retrait par rapport à la position extrême (d'inversion du mouvement) que prend l'équipage mobile en fonctionnement 15 normal. La détection de position peut être faite, par exemple, au moyen d'un aimant permanent 24 sur lequel est bobiné un enroulement 25 dont l'une des sorties est à la masse et dont l'autre délivre un signal électrique exploité par un processeur 27 qui détermine le mouvement de l'équipage mobile par 20 calcul. L'entrée de ce signal dans le processeur est repérée 28 sur la figure 4 B. Conjointement à cette information le processeur reçoit par ailleurs les valeurs des pressions amont et aval de l'échangeur, symbolisées par l'entrée 29 dans le processeur, ainsi qu'une information de temps 30 délivrée par une horloge 31. En fonction des ordres de conduite que représentent les 25 pressions et débits souhaités, d'une part, symbolisées par une entrée 32 sur un deuxième processeur 34, et de l'information caractérisant le mouvement de l'équipage mobile élaborée par le processeur 27, d'autre part, symbolisée par une deuxième entrée 33 sur le processeur 34, celui- ci établit les ordres d'ouverture et de fermeture de chacun des dispositifs d'obturation qui sont en 3o l'occurrence des soupapes actionnées chacune par un dispositif hydromécanique décrit ci-après. Sur la figure 4 B n'est représentée que la sortie du processeur 34 vers une seule soupape. Celle-ci comprend les ordres d'inversion délivrés par le processeur 34, symbolisés par l'entrée 35, sur un inverseur hydraulique 36 affecté à une soupape 38 et à son dispositif hydromécanique de commande 37. Pour accroître la plage du détecteur de fin de course l'aimant permanent 24 pénètre, lors des rebroussements de parcours de l'équipage mobile 6, dans une gorge circulaire 24' pratiquée dans la face supérieure de cet équipage. Dispositif hydromécanique de commande des soupapes. Les battements des équipages mobiles des échangeurs d'énergie pneumatiques décrits doivent être aussi élevés que possible en fréquence, Z o compatibles avec des frottements aéroliques raisonnables, afin d'assurer à ces échangeurs à la fois efficacité et rendement énergétique élevé. En effet, des battements trop lents allongent la durée de séjour des bouffées de gaz dans l'échangeur d'où il résulte pour chacune d'elles une perte d'énergie par fuite thermique. 15 Mais en élevant la fréquence des battements il faut impérativement disposer de dispositifs d'obturation, en l'occurrence de soupapes, qui agissent avec rapidité et à tout moment. C'est le rôle dévolu au dispositif hydromécanique de commande des soupapes qui va être décrit maintenant. Le dispositif de commande hydromécanique de type "bascule bistable" 20 représenté à la figure 7 comporte un cylindre 300 fermé à ses deux extrémités par un fond 304 et un couvercle 307 à l'intérieur duquel est disposé un piston 301, de longueur inférieure à celle du cylindre de façon à délimiter une première chambre 314, et une deuxième chambre 315. Ce piston 301 est prolongé dans son axe, par une première tige 302 25 débouchant hors du cylindre 300 en coulissant dans un palier 303 prévu dans le fond 304 d'une première extrémité du cylindre 300, et par une deuxième tige 305 débouchant hors du cylindre 300 en coulissant dans un palier 306 prévue dans le couvercle 307 fixé sur la deuxième extrémité du cylindre 300. La première tige 302 est solidaire d'une tête de soupape 308, et 3o permet de la déplacer afin d'ouvrir ou de fermer la soupape correspondante. La deuxième tige 305 débouche en regard d'un détecteur de fin de course 309 par exemple du type électromagnétique. Le piston 301 comporte dans sa partie médiane deux gorges adjacentes 310 et 311, de section trapézoïdale. Le piston 301 comporte également un premier canal 312 pour mettre en communication la gorge 310 avec la première chambre 314, et un deuxième canal 313 pour mettre en communication l'autre gorge 311 avec la deuxième chambre 315. La paroi 31E; du cylindre 300 comporte, dans sa partie médiane et sur sa face intérieure, une gorge centrale 317 qui alimente des lumières se présentant sous la forme de fentes étroites pratiquées dans une mince fourrure cylindrique 320 enchâssée dans la paroi intérieure du cylindre 300. Ces fentes, de forme circulaire, sont régulièrement réparties sur le parallèle moyen de la gorge 317 creusée dans la paroi du cylindre. 1 o Deux autres gorges latérales 318 et 319 placées de part et d'autre de la gorge centrale 317 et équidistantes de cette dernière alimentent elles aussi des lumières étroites et circulaires selon les parallèles moyens des gorges latérales 318 et 319. Des canalisations d'huile relient la gorge centrale d'une part, les 15 gorges latérales qui sont reliées entre elles, d'autre part, à deux réservoirs d'huile haute et basse pression au travers d'un inverseur hydraulique de manière à pouvoir mettre alternativement les chambres 314 et 315 l'une à la basse pression pendant que l'autre est à la haute pression. Pour ce faire, les lumières centrales et latérales sont disposées de telle sorte que, en dehors :2o d'une plage de position du piston très étroite qui correspond à l'équilibre instable de la bascule, les gorges du piston se placent devant les lumières du cylindre, et quelque soit la position du piston, de manière que chacune ne se trouve face qu'à une seule lumière, l'une des deux lumières en cause étant la lumière centrale et l'autre l'une des deux lumières latérales. 25 Pour garantir une bonne alimentation des lames minces d'huile qui se forment lorsque le piston se trouve dans ses positions extrêmes, des butées de faible surface 321 et 322 sont ménagées en saillie par rapport à chacune des deux faces planes du piston. Lorsque, à partir d'une butée du piston solidaire de la soupape, on met 3o la pression d'huile du réservoir HP sur la face du piston en butée sur l'un des deux fonds du cylindre, le piston et la soupape accélèrent d'un mouvement uniformément accéléré si la différence de pression entre les réservoirs HP et BP est constante jusqu'à la mi-course. A cet instant, les pressions s'inversent sur le piston du fait des canalisations pratiquées dans le corps du piston et le mouvement se poursuit par une décélération constante jusqu'à ce que le piston se mette en butée sur l'autre fond du cylindre, ou tout au moins s'en approche de très près. Pendant cette deuxième moitié de la course, le piston refoule vers la source HP l'huile consommée à cette pression durant la s première moitié de la course. Peu avant la fin de la course, il convient de procéder à une inversion de pression sur les entrées du cylindre pour, d'une part, achever la course en compensant les pertes et, d'autre part, pour empêcher un retour en arrière de l'ensemble piston et soupape. La polarité des pressions sur les sorties hydrauliques du cylindre n'est pas révélatrice de 10 la position de la soupape ouverte ou fermée : en effet, la polarité doit changer deux fois pour une course aller simple. D'où la nécessité de prévoir un détecteur de présence. Les phases d'ouverture ou de fermeture de la soupape sont très courtes. Pendant le restant du cycle la soupape est au "repos". Pour éviter 15 les fuites entre circuit HP et circuit BP à l'intérieur même du cylindre, une solution consiste à appliquer la pression BP sur les deux entrées du cylindre hydraulique pendant les périodes de "repos" de la soupape. Le circuit d'huile peut d'ailleurs être utilisé pour refroidir les soupapes "chaudes" en complément du refroidissement naturel lors de l'appui des 20 soupapes sur leurs sièges. Le dispositif hydromécanique de commande des soupapes qui vient d'être décrit trouve son application essentiellement sur les soupapes qui contrôlent le passage d'air ou de gaz brûlés dont la pression est égale ou proche de la pression 25 atmosphérique. En revanche, pour les échangeurs de faible puissance échangée ( moins de quelques dizaines de kilowatts ) le dispositif de commande des soupapes qui contrôlent le passage de gaz sous plusieurs atmosphères peut être simplifié en s'affranchissant de la récupération d'énergie dans la phase du 30 mouvement qui précède le repos de ces soupapes sur leur siège. Dans ce cas les soupapes ont une faible levée et un diamètre réduit et par conséquent une faible masse et une faible énergie cinétique. Une simple inversion de l'alimentation en huile haute et basse pression permet d'ouvrir ou de fermer la soupape. 35 Le dispositif de présence sur butée de la soupape devient inutile par ailleurs. LL Echangeur d'énergie pneumatique à pistons libres simple . L'échangeur d'énergie pneumatique décrit jusqu'ici comporte un ou cieux équipages mobiles selon que l'on considère un échangeur simple ou un échangeur double, chacun des équipages mobiles comprenant deux pistons reliés par une tige centrale. Pour des raisons de simplification on peut recourir à un ou deux équipages mobiles à piston unique guidé par une tige axiale, et éventuellement par une contretige. Le ou les équipages mobiles se déplacent alors chacun dans un compartiment unique. Si la course utile est une course aller, la course retour ne sert qu'au renouvellement des gaz. Cette course retour est alors provoquée par un retour partiel du gaz pompé qui est le gaz secondaire. Sur le plan chronologique les diagrammes de vi- tesse de la course aller et de la course retour sont dis-symétriques. L'inconvénient majeur de cette Formule réside alors dans le Fait que la course retour est plus lente que la course aller. De tels échangeurs peuvent être utiles dans certaines applications. Ils ne conviennent pas dans l'utilisation de groupes moteurs décrits dans la suite de ce texte où le débit de pompage est essentiel. Mise en série d'échangeurs d'énergie pneumatique. Compensation dynamique. Selon les explications données précédemment il pour- rait sembler que les pressions d'entrée et de sortie des gaz peuvent être quelconques pour autant que la pression de sortie du gaz primaire soit plus basse que sa pression d'entrée et que la pression de sortie du gaz secondaire soit plus élevée que sa pression d'entrée, les débits res- pectant par ailleurs la condition de conservation de l'énergie aux pertes près. Dans la réalité les rapports de compression ou de détente des deux gaz ne doivent pas être trop importants. Cela tient au fait que les volumes morts, c.-à-d. non balayés par les pistons, ne sont pas nuls comme admis précédemment : il s'agit des matelas de gaz en fin de course des pistons, même très minces, et des conduits d'entrée ou de sortie des gaz jusqu'aux soupapes. Dans la pratique le taux de compression ou de détente devrait être limité si possible à une valeur de 10. Mais, dans l'une des applications principales des échangeurs d'énergie décrits, qui est la réalisation de groupes moteurs, les taux de compression ou de détente volumiques peuvent atteindre des valeurs bien plus importantes que 10. Lorsque cela est le cas il convient de mettre en sé- 5 10 15 20 rie au moins deux échangeurs d'énergie pneumatiques de manière à réaliser une continuité de flux du gaz primaire, d'une part, et du gaz secondaire, d'autre part. Les taux de compression ou de détente volumiques sont alors les pro-duits des taux de chacun des échangeurs pour les gaz respectifs. Cette mise en série a d'ailleurs un autre avantage qui sera décrit dans le chapitre consacré aux groupes moteurs. Lorsque les échangeurs d'énergie pneumatiques sont associés par paires par mise en série de deux échangeurs différents assurant des compressions et des détentes étagées des deux gaz, il n'est plus nécessaire de binômer dans chaque étage un échangeur avec son symétrique pour compenser l'effet dynamique du mouvement oscillatoire des équipages mobiles. Il est alors possible de réaliser la compensation dynamique par binômage de deux échangeurs simples mis en série et assurant les compression/détente étagées. Il suffit pour cela d'adapter les caractéristiques géométriques, d'une part, mécaniques, d'autre part, ( par la masse des deux équi- pages mobiles et leurs courses ) pour que les effets dynamiques se compensent mutuellement entre échangeurs disposés en série et assurant des compressions/détentes successives. Bien entendu, ces derniers sont toujours coaxiaux et leurs équipages mobiles, différents donc, oscillent en synchronisme en se rapprochant ou en s'éloignant de concert. CHAPITRE II : Générateur de gaz et groupe moteur Les machines thermiques à combustion interne, qu'elles soient à pistons, trilobes ou à ailettes, se divisent en deux groupes : le premier groupe comprend les machines dans lesquelles l'énergie produite l'est directement sous forme mécanique. Le deuxième groupe comprend celles où l'énergie produite l'est d'abord sous forme pneumatique dans une première partie de la machine dite générateur de gaz. L'énergie pneumatique est alors ponctionnable sur une sortie de gaz brûlés sous pression lesquels produisent dans une deuxième partie de la machine, qui est un moteur pneumatique, l'énergie mécanique souhaitée. Le groupe moteur objet de la présente invention relève de ce deuxième groupe à ceci près que, d'une part, il fournit au choix de l'air comprimé ou des gaz brûlés selon des plages de pression et de débit très étendues et, d'autre part, le groupe moteur en cause peut fonctionner en récepteur d'énergie selon ces mêmes plages de pression et de débit grâce à la présence d'une réserve d'énergie pneumatique fonctionnant conjointement avec le générateur de gaz. Cette deuxième caractéristique est très appréciée lorsque le groupe moteur est utilisé dans la propulsion d'un véhicule terrestre où il convient de récupérer autant que faire se peut, lors des freinages, l'énergie cinétique du véhicule et de son chargement. Le principe de fonctionnement du groupe moteur est illustré par la figure 5, donnée à titre d'exemple, sachant que le nombre de certains composants et les configurations qu'ils forment peuvent varier ainsi qu'il va être expliqué. Sur la figure 5 sont représentés deux échangeurs d'énergie pneumatiques 203 A et 203 B qui sont, de préférence des échangeurs du type décrit précédemment. Ils comprennent chacun une partie motrice ou étage moteur pneumatique 204 A et 204 B respectivement symbolisées par des trapèzes, qui traitent le flux de gaz primaire. Ils comprennent de même chacun une partie fonctionnant en compresseur ou étage compresseur 205 A et 205 B, représentée selon la même symbolique, qui traitent le flux de gaz secondaire. Dans chacun des échangeurs la partie motrice est liée mécaniquement avec la partie compresseur par une liaison mécanique sans qu'il n'existe d'autre liaison avec l'extérieur transmettant de l'énergie mécanique, en sorte que, dans chaque échangeur, l'énergie produite par la partie motrice est consommée entièrement, aux pertes près, par la partie compresseur. La liaison mécanique, selon une symbolique courante en technique des asservissements, est schématisée par deux segments parallèles en tirets. Cette liaison mécanique est réalisée en pratique dans les échangeurs pneumatiques à pistons totalement libres par l'équipage mobile ou la paire d'équipages selon qu'il s'agit d'un échangeur simple ou d'un échangeur double. Le flux de gaz secondaire est constitué par de l'air aspiré à la pression atmosphérique et dirigé par la canalisation 206 vers l'échangeur 203 B, puis entre les deux échangeurs par la canalisation 207 B avant d'être introduit, en aval de l'échangeur 203 A, dans une chambre de combustion isobare 201 d'un type similaire à celles utilisées dans les turbines à gaz. Le carburant est amené dans cette chambre par le conduit 202 et pulvérisé au sein du flux secondaire constitué par de l'air fortement comprimé et très chaud. Les gaz brûlés sortant de la chambre de combustion sont utilisés en qualité de gaz primaire véhiculant de l'énergie pneumatique. Ce gaz est conduit par la conduite 208 A vers l'échangeur 203 A où il subit une première détente et 35 d'où il est dirigé par la canalisation 208 B vers l'échangeur 203 B où il subit une deuxième détente avant d'être repris par la canalisation 209. L'ensemble décrit ci-dessus constitue le générateur de gaz représenté en figure 5 dans l'encadrement repéré 200. Du point de vue énergétique les échangeurs ont un bilan nul, toujours 40 aux pertes près, mais que l'on s'efforcera de minimiser. La partie de l'énergie apportée par la combustion correspondant au rendement thermodynamique est récupérable sous forme pneumatique à la sortie de la conduite 209. Mais, il y a de multiples autres façons de récupérer cette énergie pneumatique détaillées dans la suite. Dans l'exemple illustré par la figure 5 l'une de ces récupérations consiste à ponctionner par une dérivation à partir de la canalisation 207 A un débit dosé de gaz secondaire de manière à ce que le gaz primaire s'évacue de la conduite 209 à une pression légèrement supérieure, mais aussi proche que possible de la pression atmosphérique. Le soutirage de gaz secondaire, en l'occurrence d'air comprimé, est réalisé selon la figure 5 au moyen de la canalisation 211 qui alimente un moteur/compresseur pneumatique 226 qui échappe à l'atmosphère et qui entraîne par ailleurs un arbre 227. Le moteur/compresseur 226 fonctionne selon les explications qui précèdent par sa fonction motrice. Mais, la commande de ses soupapes, qui sera préférentiellement du type exposé précédemment, est telle que dans l'application automobile ce moteur/compresseur est réversible et a donc également une fonction réceptrice d'énergie mécanique lorsqu'il fonctionne en compresseur ainsi qu'il sera expliqué plus loin. Le groupe moteur comporte également un réservoir d'air sous pression 228, dont le rôle sera détaillé plus loin, raccordé au circuit haute pression en amont de la chambre de combustion. Enfin, un compresseur d'air auxiliaire 229 entraîné par un moteur électrique 230, utilisé éventuellement lors de démarrages, est lui aussi raccordé au circuit haute pression en amont de la chambre de combustion. Mais le principe général du groupe moteur revendiqué répond à des configurations beaucoup plus variées que celle illustrée par la figure 5. Tout d'abord, on peut faire varier le nombre d'échangeurs d'énergie pneumatique. II peut n'y avoir qu'un seul échangeur ou plusieurs. Dans le deuxième cas il convient de connecter les échangeurs de préférence en série, comme illustré en figure 5, de manière à obtenir la pression, et donc la température, maximale à l'entrée de la chambre de combustion, déterminante pour le rendement thermodynamique. Le montage en parallèle n'est cependant pas à exclure lorsque, pour une raison de capacité en puissance, il est plus avantageux de regrouper des échangeurs existants ou seulement étudiés plutôt que de construire ou d'étudier des échangeurs nouveaux correspondant à la capacité recherchée. Quant au soutirage ou à l'apport d'énergie par le moteur/compresseur, 35 il peut être fait de différentes manières par modification du branchement du moteur/compresseur dans le réseau pneumatique primaire ou secondaire comme il va être dit. La modification du branchement, qui a pour conséquence de modifier les plages de pression et de débit de gaz disponibles à l'entrée et à la sortie du moteur/compresseur pneumatique, et donc son couple et son régime, est l'équivalent du changement de rapport des boites de vitesse sur les moteurs d'automobiles conventionnels. L'objectif recherché est, selon le couple demandé, d'utiliser le moteur/compresseur sur la course uti- le la plus longue possible du dispositif bielle/manivelle, et donc des courses d'admission et de refoulement des gaz à pression élevée les plus longues possibles, de manière à éviter le fonctionnement de ce dispositif au seul voisinage du point mort haut où le rapport (couple de frottement/cou- ple utile) est relativement élevé. Le changement de branchement du moteur/compresseur consiste à mettre le moteur/compresseur en série sur l'une quelconque des canalisations du flux primaire ou secondaire ou encore à le connecter par des "piquages" ou raccordements entre deux canalisations quelconques du flux primaire ou seconclaire présentant entre elles des différences de pression. Ce deuxième type de branchement est l'équivalent du branchement parallèle en électricité. Lorsque aucun couple n'est demandé sur l'arbre de sortie du moteur/compresseur il est loisible de mettre l'entrée et la sortie à l'atmosphère. La chose sera mieux comprise encore en se référant à la figure 5 où le branchement série revient à interrompre l'une quelconque des canalisations 206, 207 B, 207 A, 208 A, 208 B ou 209 de liaison entre les différents composants du générateurs de gaz, et à disposer le moteur/compresseur 226 entre les parties coupées de ces canalisations (6 possibilités). :30 Sachant que les canalisations 206 et 209 sont à l'atmosphère, les branchements parallèles selon la figure 5 peuvent se faire par piquage, sans interruption des canalisations en cause, entre deux quelconques des canalisations 206, 207 B, 207 A, 208 A, 208 B (10 possibilités). On notera par ailleurs que si l'on se fixe la pression dans la chambre :35 de combustion qui est la pression la plus élevée et dès lors qu'il y a plusieurs échangeurs en série, les pressions intermédiaires constituent une variable supplémentaire sur laquelle il est possible de jouer dans certaines limites sans même qu'il soit besoin de modifier le branchement du moteur/compresseur. La modification du branchement du moteur/compresseur peut se faire au moyen de robinets motorisés à sorties multiples dont la technique est connue et qui ne sont pas représentés sur la figure 5. Dans la pratique deux à trois modifications du branchement suffisent pour couvrir l'ensemble des plages de couple et de régime nécessaires pour la propulsion de véhicules automobiles. Le branchement parallèle, représenté sur la figure 5 correspond à une application sur véhicule automobile où le couple demandé sur l'essieu moteur est élevé, un cas qui se présente lors de fortes accélérations ou décélérations. Le moteur/compresseur est traversé dans ces conditions par de l'air très chaud, ce qui peut être toléré pour des situations de relative exception. Pour le fonctionnement stationnaire ou proche de celui-ci, qui est aussi celui des groupes moteurs à poste fixe, le moteur/compresseur pourra être placé en série sur les canalisations 208B ou 207B de liaison entre les deux échangeurs d'énergie pneumatique pour les régimes et couples moteur moyens ou encore sur la canalisation 209 de rejet à l'atmosphère du gaz primaire. Une autre possibilité avantageuse en régime quasi-stationnaire consiste à brancher le moteur/compresseur en parallèle entre l'atmosphère et les canalisations 207B ou 208B. Le moteur/compresseur est alors paré pour assurer moyennant un simple changement: de commutation de ses soupapes une fonction motrice ou une fonction de compresseur lors d'une récupération d'énergie au freinage impromptue sans même qu'il soit besoin de modifier son branchement. Enfin, en ce qui concerne la réserve d'énergie pneumatique 228 et le compresseur auxiliaire de gonflage 229, ils peuvent être raccordés eux aussi à une canalisation en pression quelconque du flux primaire ou secondaire et leurs points de piquage peuvent être choisis indépendamment l'un de l'autre. Sur la figure 5 le point de piquage de la réserve d'énergie a été placé sur la canalisation 207 A, immédiatement en amont de la chambre de combustion, un point où l'air est très chaud. Ce montage est adapté pour les véhicules automobiles où la place et le poids sont limités, mais il oblige à un calorifugeage conséquent du réservoir, intérieur surtout. Le compresseur auxiliaire 229 est branché dans l'exemple montré par la figure 5 sur la même canalisation 207 A. Cette disposition facilite le démarrage, surtout si la chambre de combustion ne comporte pas d'allumage électrique. En revanche, elle oblige à pré-voir une compression étagée pour atteindre la pression, et donc la température, nécessaire à l'autoinflammation du carburant. Recyclage d'air. Dans certaines circonstances il peut être intéressant de procéder à un recyclage du gaz expulsé par le moteur/ compresseur lorsque celui-ci fonctionne dans son rôle de moteur. Les 6 possibilités de branchement recommandées précédemment pour le moteur/compresseur peuvent être classées en 2 catégories . ler cas : les branchements alimentent le moteur/compresseur en gaz brûlés, 2ème cas : les branchements alimentent le moteur/compresseur en air pur. Dans le premier cas l'air aspiré est soumis dans son intégralité au cycle thermodynamique : la puissance récoltable est maximale pour un débit d'air donné, un taux de compression donné au niveau de la chambre de combustion et une richesse du mélange carburé donnée. Dans le deuxième cas une partie seulement de l'air as- piré subit le cycle thermodynamique, l'autre partie est dé-rivé vers le moteur/compresseur : la première partie constitue le flux thermodynamisé, la deuxième le flux énergoporteur et dans ce deuxième cas la puissance récoltable est inférieure à celle récoltée dans le premier cas aux mêmes con- ditions. Il peut cependant apparaître comme judicieux, lorsque la demande de puissance n'est pas maximale, de recycler l'air expulsé par le moteur/compresseur à la pression atmosphérique pour le réintroduire en aval du filtre à air, tout d'abord parce que l'on réduit ainsi le débit d'air à filtrer et la perte de charge qui en résulte, mais encore ce flux d'air énergoporteur, s'il ne subit pas de cycle thermodynamique délibéré générateur au final d'énergie mécanique, su-bit un cycle thermodynamique involontaire et inversé du fait des fuites thermiques à la fois lors de sa compression et lors de sa détente. L'air sortant du moteur/compresseur en est expulsé à la pression atmosphérique du fait d'une commutation des soupapes adaptée du moteur/compresseur, mais par ailleurs sa température est plus basse que l'air ambiant. De ce fait on abaisse l'ensemble des températures du flux thermodynamisé ou encore on peut relever le taux de compression en amont de la chambre de combustion par rapport à la pression ambiante, l'une ou l'autre solution apportant un gain du point de vue du rendement global du groupe moteur. 5 10 15 20 25 30 35 40 Cette disposition constructive est illustrée par la figure 11 dans =laquelle les éléments déjà cités sont repris avec leurs repères. Un certain nombre d'autres éléments non impliqués dans le recyclage seront commentés à propos du conditionnement d'air. Le moteur/compresseur 226 expulse l'air par les canalisations 211' ,, 211" et 211"' jusqu'en aval du filtre à air 240 alimenté en amont en air frais par la canalisation 206' . L'air filtré et l'air recyclé se mélangent en aval du filtre 240 et sont acheminés par la canalisation 206 vers le générateur de gaz 200. Les gaz brûlés sont évacués du générateur de gaz vers l'extérieur par les canalisations 209, 209' et 209". Les vannes ou robinets 901 à 907 sont fermés ou ouverts pour permettre le recyclage souhaité et ne permettre que celui-ci. Le rôle de la réserve d'énerqie pneumatique dans l'application automobile. Pollution par les NO x. La réserve pneumatique a une triple fonction : 1. Elle perrnet de récupérer de l'énergie accumulée sous forme cinétique par le véhicule et son chargement lors des freinages récupératifs. 2. La réserve peut constituer l'unique source d'énergie pour la propulsion et les auxiliaires lorsque les besoins en énergie sont faibles : c'est le cas lorsque le véhicule circule à faible vitesse, sans grands besoins en conditionnement d'air et en énergie électrique. Il convient alors d'éteindre la chambre de combustion, le gaz traversant, qui est alors de l'air de bout en bout, continuant de transiter par la chambre de combustion. Une autre solution encore consiste dans ce cas à arrêter l'échangeur d'énergie pneumatique et à alimenter le moteur/compresseur directement à partir du réservoir d'air comprimé suivant un fonctionnement intermittent de la commutation des soupapes du moteur/compresseur décrit dans ce qui suit. 3. La réserve et la chambre de combustion isobare permettent selon un fonctionnement conjoint et particulier de limiter la production d'oxydes d'azote. Ce troisième point est développé ci-après. Dans les moteurs classiques à combustion isochore, la combustion est de courte durée (de l'ordre de la milliseconde) et, de ce fait, relativement incomplète. La combustion isobare (utilisée sur les turbines à gaz et dans le cas présent) est une combustion plus lente et plus complète : il ne subsiste guère dans les gaz brûlés de composés carbonés ou hydrogénés qui ne soient saturés en oxygène. En revanche, du fait que la combustion se fait en milieu oxydant (pour éviter les températures trop élevées et donc les fuites thermiques), on retrouve dans les gaz brûlés des traces d'oxydes d'azote. Pour éviter le plus possible la formation d'oxydes d'azote, le procédé classique consiste à recycler une partie des gaz d'échappement, en appauvrissant donc le gaz traversant en oxygène et en freinant par voie de conséquence les unions entre azote et oxygène. Mais, ce procédé a l'inconvénient d'élever les températures auxquelles s'effectue le cycle lo thermodynamique, ce qui favorise la désertion des calories (on peut refroidir un peu le gaz recyclé, mais ce n'est qu'un pis-aller). Un autre procédé, original et revendiqué ici, consiste à organiser dans la chambre de combustion une combustion intermittente et proche du taux stoechiométrique (pour appauvrir là encore le mélange en oxygène dont le carbone et :15 l'hydrogène sont très friands ; les molécules d'azote sont alors les laissées pour compte). Pendant les périodes récurrentes d'extinction de la chambre celle-ci n'est traversée que par de l'air comprimé dont une partie est fournie par la réserve pneumatique (cet air est non seulement comprimé mais également très chaud, plus de 700°C, pas suffisamment cependant pour que 20 la formation d'oxydes d'azote soit inquiétante). La température moyenne de sortie des gaz de la chambre (qui est un paramètre important dans le réglage de la puissance de la machine) se détermine en jouant sur la durée de fonctionnement de la chambre par rapport à celle de l'extinction (définie elle-même par le débit d'air comprimé ponctionnable sur la réserve qui, à son tour 25 dépend de la capacité de la réserve ; la pression dans la réserve ne doit pas trop s'effondrer sinon le rendement thermodynamique subit le même sort). On peut d'ailleurs atténuer dans une certaine mesure les fluctuations de température du flux primaire en introduisant dans la chambre, ou en amont de l'échangeur, un récepteur de chaleur fait de tôles en inox pliées ou o déployées. Moteur/compresseur pneumatique. Les moteurs pneumatiques à pistons sont connus et utiles dans l'application envisagée ici à cause de leur réservisibilité. Mais l'association dans un groupe moteur d'un générateur de gaz et d'un moteur/compresseur à pistons autorise par ailleurs trois dispositions constructives avantageuses du point de vue du rendement décrites et revendiquées ci-après. 1. Détente/compression étagée Dans les groupes moteurs à pistons conventionnels le cycle thermodynamique s'opère sans transfert et, lorsqu'ils sont poly-cylindriques, les cylindres sont identiques. Le cycle sans transfert conduit à des frottements élevés, notamment lorsque le piston est au voisinage du point 1 o mort haut en fin de compression et début de détente. Le fait que les moteurs aient plusieurs cylindres identiques ne change rien à la chose. En revanche, le groupe moteur décrit dans le présent texte est une machine à transfert et il devient possible d'envisager une détente ou, lorsqu'il récupère, une compression étagée. Cette possibilité est avantageuse pour la raison 15 suivante : dans la fonction motrice du moteur/compresseur l'air (ou le gaz) comprimé est admis dans le cylindre sur une fraction de la course à partir du point mort haut à pression constante, puis se détend sur le restant de la course. Les frottements rapportés au couple moyen entre cylindre, piston, bielle, vilebrequin et paliers de vilebrequin seront d'autant plus faibles, à :2o énergie produite donnée, que la phase d'admission sera plus longue par rapport à la course totale ou, si l'on préfère, que la différence de pression entre l'air (ou le gaz) admis et celui expulsé sera plus faible. Le même raisonnement vaut pour la fonction compression du moteur/compresseur. On a donc intérêt, du point de vue du rendement mécanique, de fractionner 25 l'écart de pression global en écarts plus petits. La figure 8 A illustre, à titre d'exemple, un arrangement schématique d'un moteur/compresseur à trois cylindres dont un cylindre HP et deux cylindres BP, ces derniers étant montés en parallèle. Dans l'exemple considéré la détente ou la compression se font donc sur deux étages de _3 o pression. De manière générale, la disposition géométrique des manetons du vilebrequin commun à l'ensemble des cylindres est telle que le moteur/compresseur puisse démarrer quelque soit la position angulaire de son arbre de sortie. De plus la commande des soupapes, faite préférentiellement par des dispositifs hydromécaniques du type décrit précédemment, est telle que l'énergie - ou encore le couple moyen - apportée ou soutirée sur un tour de l'arbre de sortie soit, autant que faire se peut, équilibrée entre les différents cylindres mis en jeu. Sur la figure 8 B a été représentée une vue en perspective d'un moteur à un cylindre HP et de deux cylindres BP avec sa liaison avec une roue motrice. Le sens des flèches indique le sens de circulation d'air ou de gaz brûlé dans la fonction motrice. Le cylindre HP 800 comprend un piston relié à une 1 o bielle reliée elle-même à un vilebrequin 803 dont l'axe de rotation est repéré O. Le piston 801 coulisse dans l'alésage 804 raccordé de manière étanche à un carter 805. Ce carter est mis à la pression aval par une tuyauterie 806. Deux soupapes 80'7 d'entrée et de sortie contrôlent l'arrivée et le départ de l'air ou de gaz. Les organes similaires des deux cylindres BP portent les 15 mêmes repères affectés de l'accent prime. Lorsque le groupe moteur est utilisé pour la propulsion d'un véhicule deux solutions sont possibles. La première, celle représentée sur la figure 8B, consiste à entraîner directement une seule roue motrice par l'intermédiaire d'un cardan ou d'un 20 tripode repéré 820. L'autre solution non représentée, qui est classique, consiste à entraîner les deux roues motrices d'un essieu au travers d'un "pont" et d'un différentiel. Mais, dans les deux cas on peut se dispenser de l'embrayage et, comme il a été indiqué précédemment, de la boîte de vitesse. Les deux formules ont leurs avantages et leurs inconvénients. 25 La première oblige à installer deux moteurs/compresseurs si l'on veut entraîner les deux roues d'un même "essieu", mais avec un avantage d'adhérence par rapport à la formule classique en dehors même de la suppression des engrenages du pont et de son différentiel. Elle impose par ailleurs la vitesse de rotation du moteur/compresseur qui est celle de la roue motrice entraînée, mais ce léger inconvénient a une contrepartie bénéfique du point de vue du rendement mécanique parce que tournant à la vitesse de la roue, c'est-à-dire, à vitesse relativement réduite, les forces d'inertie des pièces impliquées dans la cinématique (bielle/manivelle) ne génèrent plus de frottements d'origine inertielle, ce qui est loin d'être le cas dans les moteurs classiques à pistons ou les moteurs rotatifs, surtout à régime élevé. La figure 8C représente une section horizontale en vue de dessus du moteur/compresseur faite au niveau de l'axe de rotation 00' du vilebrequin 803. Les pistons et leurs bielles sont supposés être enlevés. Les 2 carters qui séparent de manière étanche le cylindre haute pression et les 2 cylindres basse pression sont repérés 805 et 805' comme précédemment. Une cloison transversale repérée 808 installée dans le carter 805' fait office de palier de soutien du vilebrequin. Enfin, une roue dentée 809 est frettée sur l'axe de vilebrequin. Elle en entraîne une autre, identique, non visible sur la figure 8C, disposée à la verticale de la roue 809. Les deux roues dentées sont masselottées afin de corriger les effets vibratoires causés par le mouvement des masses en rotation et celles en translation. 2. Décalage latéral de l'axe de rotation du vilebrequin. Le décalage latéral de l'axe de rotation du vilebrequin des moteurs thermiques à pistons conventionnels est un procédé connu pour équilibrer du mieux possible les dissipations d'énergie mécanique par frottements des pistons sur la paroi interne des cylindres dans le mouvement de montée et de descente des pistons. Mais l'efficacité de ce procédé est très limitée du point 1 o de vue de la dissipation énergétique du fait de la superposition des forces thermodynamiques et des forces inertielles. Or, dans le cas présent, le processus thermodynamique, d'une part, et la transformation d'énergie pneumatique en énergie mécanique (ou inversement), d'autre part, ont lieu dans deux enceintes distinctes : le moteur/compresseur n'est guère affecté :L par les forces d'inertie du fait que l'on peut réduire sa vitesse à loisir. Dans l'application automobile le moteur/compresseur tourne à la même vitesse que les roues motrices (ou à une vitesse de rotation proche de celle des roues motrices). La figure 9 montre le principe du décalage du vilebrequin compte tenu 20 du sens de rotation de ce dernier et du couple exercé. Dans une appllication à poste fixe dans laquelle le moteur/compresseur n'a généralement qu"une fonction motrice, le décalage e peut être déterminé de manière à équilibrer les forces de frottement entre piston et cylindre pendant la phase motrice du piston (course descendante dans le cas de la 25 figure 9). Dans l'application automobile, le décalage a une influence négative durant le freinage récupératif (moteur/compresseur fonctionnant en compresseur). Il convient dans ce cas de fixer le décalage selon un compromis qui tient compte de la fréquence et de l'importance des freinages 3o récupératifs par rapport au fonctionnement habituel du moteur/compresseur qui est celui d'une propulsion par effet moteur. 3. Retard à l'admission lorsque le moteur/compresseur fonctionne selon le mode "moteur". Lorsque le moteur/compresseur fonctionne en moteur, le rendement mécanique peut être amélioré légèrement en retardant l'admission du gaz par rapport à la position du piston au point mort haut. Là encore, il convient de réaliser le meilleur compromis entre le gain réalisé sur les frottements au point mort haut et les pertes aéroliques qui résultent du fait du laminage du gaz au moment de l'ouverture (retardée) de la soupape d'admission. On peut de même, lorsque le moteur/compresseur fonctionne en 1 o compresseur, avancer légèrement la fermeture de la soupape de refoulement du gaz comprimé et mettre le cylindre à la pression amont avant même que le piston n'ait atteint le point mort haut. 15 Utilisation de combustibles solides. Il a été fait valoir précédemment quelques avantages du procédé à transvasement avec utilisation d'une chambre de combustion dans laquelle le combustible est brûlé à pression constante. Ce procédé a un avantage supplémentaire consistant dans le fait qu'il offre un débouché à des 20 combustibles solides, fossiles ou renouvelables, pour la production d'énergie mécanique (ou électrique, si l'énergie est distribuée à grande distance), alors que, habituellement, ils sont brûlés, lorsqu'ils ne sont pas utilisés à des fins calorifiques dans des machines à combustion externe dont le rendement, à taille donnée, est sensiblement inférieur à celui des machines à combustion 25 interne. Dans la mesure où les réserves mondiales de charbon sont des réserves d'énergie dont le tarissement sera bien plus tardif que celui des autres ressources fossiles, cette perspective n'est pas sans intérêt. Quant aux produits ligneux et aux autres sous produits combustibles d'origine agricole, ils offrent une source d'énergie, limitée en quantité certes, mais à la 30 fois écologique et pérenne. Les chambres à combustion intégrées aux cylindres ne se prêtent pas pour l'utilisation de combustibles solides, puisque ces derniers ne sont pas injectables. En revanche, les chambres à combustion non intégrées, du type utilisé sur les turbines à gaz par exemple, autorisent l'emploi de combustibles solides conditionnés en cartouches résistant à la pression et à la température élevées de la combustion. Celle-ci est à réaliser, comme précédemment pour les combustibles fluides, en milieu oxydant avec fort excès d'air dont une partie est dérivée sans traverser la chambre de combustion de manière à réguler la température en aval de la chambre en jouant sur la quantité d'air comprimé dérivée (cf. figure 6). L'allumage du combustible contenu dans les cartouches peut être fait au moyen d'un carburant fluide, mais cet allumage provoqué n'est pas strictement obligatoire, puisque du fait de la température élevée de l'air comprimé entrant, il y a auto-allumage. 1 o Cette utilisation d'une chambre de combustion non intégrée peut être faite en liaison avec un compresseur et un moteur pneumatique à pistons liés ou encore en liaison avec des échangeurs à pistons libres selon la figure 6. Cependant, un tel moteur sera trop lourd et trop encombrant pour être employé pour la propulsion d'un véhicule : le pouvoir calorifique du 15 combustible est nettement inférieur à celui des hydrocarbures; de plus, il est à conditionner en cartouches résistant à la pression et à la température; le foisonnement du combustible implique un volume de stockage relativement conséquent et enfin, la combustion avec fort excès d'air conduit à surdimensionner les dispositifs de compression et de détente. 20 La figure 6 illustre, à titre d'exemple et de manière schématique, le principe de fonctionnement d'un groupe moteur utilisant un carburant solide. La compression de l'air atmosphérique, puis la détente des gaz brûlés est effectuée dans un générateur de gaz qui est similaire à celui décrit à l'appui de la figure 5. La chambre de combustion a été remplacée par une batterie 25 de 3 cartouches 240 contenant le combustible et dans lesquelles s'effectue alternativement ou simultanément la combustion isobare. Ces cartouches, tapissées intérieurement d'un revêtement calorifuge 241, sont isolées en amont par robinets d'isolement 242 et par des clapets de non retour 243 disposés en aval de manière à mettre en service chacune des cartouches de o façon indépendante. Les gaz brûlés issus des cartouches sont filtrés dans une boîte à filtres 244. La détente complémentaire des gaz brûlés est faite dans un moteur pneumatique 226 A qui entraîne un arbre de sortie 227 A. S'agissant d'une installation à poste fixe la réserve d'énergie et le compresseur auxiliaire de la figure 5, repérés respectivement 228 A et 230 A sur la figure 6, sont raccordés cette fois sur des canalisations dont les pressions se situent à des niveaux intermédiaires. La phase de démarrage, que tout un chacun peut imaginer, est un peu plus complexe qu'avec le branchement de la figure 5, mais le calorifugeage du réservoir 228 A sera réduit en proportion de la diminution de la température de l'air comprimé stocké. Le branchement du compresseur auxiliaire sur une canalisation à pression intermédiaire permet par ailleurs de se limiter à une compression sur un seul étage. La réserve d'énergie pneumatique du réservoir 228 A seule, ou aidée 1 o par le compresseur auxiliaire 230 A, peut faire usage de "briquet" pour allumer le combustible contenu dans les cartouches. Elle peut y arriver seule pour autant que la réserve de puissance et que la température de l'air qu'elle contient soient suffisantes. Ce peut ne pas être le cas après un arrêt prolongé du groupe moteur. Pour allumer le combustible il faut impérativement de l'air 15 "fraîchement comprimé". C'est la raison pour laquelle la réserve est à brancher sur la canalisation 208 B, en aval des cartouches, lors des démarrages, au moyen d'un robinet à 3 sorties repéré 245. La réserve d'énergie pneumatique a dans l'application considérée un rôle supplémentaire qui est celui de faciliter les variations de puissance. :2o En effet, dans les machines thermiques où le carburant n'est plus injecté, mais agit à l'état de combustible accumulé, il se manifeste une inertie dans la production thermique qui entraîne une paresse aux variations de puissance demandées. Le réservoir d'air comprimé, s'il est raccordé en amont du foyer, atténue ce phénomène plus ou moins selon la quantité d'énergie qui y est :25 stockée. Groupe frigorifique. Il est possible à partir du générateur de gaz décrit précédemment de concevoir son négatif, à savoir un récepteur de gaz qui peut faire office de :30 groupe frigorifique. Il suffit pour cela qu'au lieu d'apporter de l'énergie calorifique à l'air comprimé par le ou les échangeurs, on lui en retire au contraire. Le cycle thermodynamique est alors inversé. Les entrées/sorties le sont aussi et l'intérêt se porte alors sur la source froide de la machine qui est constituée par l'air expulsé du groupe alors que précédemment cette source était source de pertes calorifiques et donc de peu d'intérêt. Pour que l'air expulsé puisse l'être à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique il faut fournir cette fois au groupe de l'énergie pneumatique au moyen d'un compresseur et non plus d'un moteur/compresseur branché en série ou en parallèle selon les mêmes configurations que celles évoquées à propos du générateur de gaz. La réserve d'énergie et le compresseur d'air auxiliaire n'ont plus lieu d'être. Le schéma de principe d'un tel groupe frigorifique est illustré, à titre indicatif en figure 10 où un seul échangeur d'énergie pneumatique est utilisé Io et repéré 103. Les flux d'air cheminent selon les canalisations 106 et 107 pour le secondaire et 108 et 109 pour le primaire. La chambre de combustion du générateur de gaz est remplacée par un radiateur 101 refroidi à l'air soufflé sur ses ailettes au moyen d'un motoventilateur 102. Pour permettre l'expulsion du gaz primaire par la canalisation 109 un compresseur 112 aspire 15 l'air ambiant et le refoule par la canalisation 110 dans la canalisation de l'air secondaire 107 en amont du radiateur à air soufflé 101 (branchement parallèle). Le débit de ce compresseur est dosé de telle manière que l'air refroidi soit expulsé de la canalisation 109 à une pression légèrement supérieure à la 20 pression atmosphérique. Cet air expulsé du groupe peut servir directement comme air de réfrigération ou être utilisé comme gaz primaire dans un échangeur thermique. Lorsque l'air extérieur est très chargé en vapeur d'eau, celle-ci peut se condenser dans la partie froide du 25 circuit. Il faut donc prévoir un deshumidificateur qui n'est pas représenté sur la figure 10. L'utilisation d'un groupe réfrigérant tel que décrit peut être avantageuse, par exemple, pour le conditionnement d'air d'un véhicule automobile équipé par ailleurs d'un groupe moteur de propulsion à générateur de gaz. L'apport en air comprimé pourra alors être réalisé non plus par un compresseur spécial tel que le compresseur 112 de la figure, mais par piquage sur une canalisation en pression du circuit secondaire qui canalise de l'air frais et non des gaz brûlés du générateur de gaz. Du point de vue environnemental, qui implique bien entendu la sobriété de consommation de carburant, le groupe réfrigérant décrit présente un double avantage par 30 35 5 15 20 25 30 :35 40 rapport aux installations conventionnelles. D'une part, il ne met en jeu que trois formes d'énergie en dehors du carburant qui n'est qu'une réserve d'énergie calorifique : l'énergie calorifique dégagée par la combustion, l'énergie pneumatique qui résulte de la mise en présence sous contrainte de volume de cette énergie calorifique avec le gaz traversant (l'air) et enfin l'énergie frigorifique. Pour prendre un exemple dans l'automobile à air conditionné, deux autres formes d'énergie viennent s'insérer entre les deux dernières citées : la forme mécanique qui elle-même génère une forme pneumatique nouvelle portée par le fluide réfrigérant. Les transformations énergétiques impliquées par ce cortège de formes diverses obèrent bien entendu le rendement global de l'installation. D'autre part, le groupe réfrigérant utilise l'air comme fluide réfrigérant et celui-ci ne subit aucune transformation physico-chimique au sein du groupe. Au contraire, les groupes conventionnels utilisent encore des produits fluorés qui se révèlent être agressifs à l'égard de la couche d'ozone et lorsque ces groupes utilisent les produits de remplacement des produits fluorés ils génèrent au cours de leur existence des gaz qui participent à l'effet de serre. Utilisation du groupe moteur lui-même pour produire du froid. Dans l'application automobile on peut même faire l'économie d'un groupe frigorifique spécialisé pour le refroidissement de l'air diffusé en cabine. Moyennant l'adjonction au groupe moteur d'un radiateur d'énergie calorifique et d'un jeu de vannes ou robinets il est possible de faire produire au groupe moteur lui-même l'air froid distribué en cabine. L'idée consiste à alimenter le moteur/compresseur du groupe moteur lorsque celui-ci est sollicité pour la propulsion ( et non pour la récupération d'énergie au freinage ) en air comprimé exclusivement, désigné précédemment par flux énergoporteur. Avant de relâcher dans l'atmosphère à la pression atmosphérique ce flux énergoporteur, ou mieux encore, avant de le recycler, il peut être intéressant de refroidir ce flux - ou une partie de ce flux - avant qu'il ne subisse la dernière détente dans sa détente fractionnée dans le moteur/compresseur évoquée précédemment. Ce refroidissement délibéré qui vient s'ajouter au refroidissement involontaire de l'air, également mentionné plus haut, a pour résultat que cet air, revenu à la pression atmosphérique ou à une pression voisine de celle-ci, est plus froid que l'air extérieur. C'est cette circonstance qui peut être utilisée pour générer de l'air froid dans un échangeur air/air classique et climatiser ainsi la cabine. Du point de vue thermodynamique la puissance frigorifique est maximale lorsque le flux est ainsi traité en totalité. Elle est maximale également lorsque le refroidissement intervient sur le flux énergoporteur à sa pression et à sa température maximales, c.-à-d. en amont du moteur/compresseur, et en l'amenant au plus près de la température ambiante. Naturellement, le prélèvement sur la puissance mécanique du groupe moteur est alors maximale elle aussi. Mais, pour l'application automobile cette puissance frigorifique serait surabondante. D'autre part, le rendement de l'opération, désigné par coefficient d'effet frigorifique, est alors à son plus bas niveau. Sachant que ce coefficient croît lorsque la chute de pression et de température dans la détente ultime du gaz énergoporteur est minimale, la puissance frigorifique requise peut être obtenue par refroidissement d'une partie ou de la totalité du flux après une première détente dans l'étage HP du moteur/com- presseur. La puissance frigorifique est alors obtenue directement sur le flux rejeté par l'étage BP du moteur/compresseur ou au travers d'un échangeur air/air alimenté par ce flux. La chose est illustrée sur la figure 11 sur laquelle les éléments commentés précédemment sont repris avec les mêmes repères et sur laquelle est indiqué le sens de circulation des gaz lorsque le groupe moteur est en phase de pro-pulsion ( et non de récupération d'énergie ). L'air extérieur est dirigé vers un filtre 240 au moyen d'une conduite 206' . En aval de ce filtre, cet air, mélangé avec l'air recyclé, est dirigé par la canalisation 206 vers le générateur de gaz 200 qui, d'une part, rejette les gaz brûlés par la canalisation 209 vers l'extérieur et, d'autre part, rejette l'air comprimé, c.-à-d. le flux énergoporteur, vers le moteur/com-presseur au moyen de la canalisation 211. L'air rejeté par le moteur/compresseur 226 est recyclé par les canalisations 211', 211" et Mi"' en amont du générateur de gaz 200 comme indiqué précédemment. Le moteur/compresseur 226 comprend selon l'une des dispositions constructives évoquées précédemment les deux étages de détente 800 et 800' , le premier cité étant l'étage HP, le second l'étage BP. C'est sur la canalisation 806 reliant ces deux étages qu'est pratiquée une dérivation vers un radiateur 910 refroidi par l'air extérieur soufflé sur ses ailettes au moyen d'un ventilateur électrique 911. Des vannes ou robinets 907 et 908 permettent selon leurs ouvertures de passage de doser la partie du flux dérivé vers le radiateur 910. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Un second échangeur thermique repéré 920 permet de diffuser en cabine au choix de l'air chaud ou de l'air froid. Les calories sont apportées par les gaz d'échappement, les frigories par l'air recyclé par soufflage d'air extérieur au moyen d'un motoventilateur électrique 921 sur les ailettes de l'échangeur 920. Des vannes ou robinets repérés 901, 902, 903, 904, 905 et 906 permettent de doser comme précédemment l'apport de chaleur ou de froid. Comme précédemment, le dis-positif de deshumidification n'est pas représenté sur la figure 11. Dans la disposition représentée sur cette figure l'échange de chaud ou de froid avec l'air diffusé en cabine est pratiqué au moyen d'un échangeur unique recevant à volonté des gaz d'échappement ou de l'air recyclé refroidi par une opération délibérée. On peut par prudence séparer ces deux fonctions en prévoyant deux échangeurs distincts : un échangeur pour le chaud, peu performant, mais dans lequel les circuits primaire et secondaire sont bien séparés pour éviter une pollution de l'air diffusé en cabine par les gaz d'échappement. L'absence de performance en rendement n'est pas gênante parce que les calories véhiculées par les gaz d'échappement sont pléthoriques. Cette disposition constructive est classique. En revanche, l'échange de froid doit se faire avec un bon rendement, car l'énergie perdue se fait au détriment de la puissance mécanique requise par la propulsion. Cet échange de froid à haut rendement est difficile à concilier avec la contrainte imposée à l'échangeur utilisant les gaz d'échappement. Si donc on adopte un échangeur commun au froid et au chaud comme représenté sur la figure 11, il faut impérativement prévoir une sécurité sous la forme d'une détection hautement redondante de la présence en cabine d'oxyde de carbone ou d'un taux anormalement élevé de dioxyde de carbone et, si tel est le cas, il convient d'isoler l'échangeur en cause au moyen des vannes ou robinets 901, 904 et 906. Cette figure 11 résume en quelque sorte l'imbrication de plusieurs fonctions requises dans la conduite de véhicules terrestres et en particulier de véhicules automobiles. Il s'agit de la propulsion, du freinage et du conditionnement d'air pour la distribution en cabine à la fois d'air chaud ou d'air froid. Si l'on a pour objectif la propreté des véhicules automobiles, dont la sobriété de consommation n'est qu'un élément, important certes, il faut prendre en compte cette imbrication des fonctions qui elle-même résulte des lois de la physique et de la chimie. Cette dernière remarque clôt la liste des applications industrielles de l'invention pour ce qui concerne les moteurs thermiques et dont il apparaît qu'elles sont toutes résolument orientées vers la protection de l'environnement. 42 Tenue en température des pièces de l'échangeur haute pression. Dans la conception d'un groupe moteur tel que décrit précédemment, il est souhaitable, lorsque la sobriété en consommation de carburant est recherchée, de procéder à une compres- sion/détente étagée comme illustré sur les figures 5 et 6 par deux échangeurs d'énergie pneumatique disposés en série de manière à créer par la compression de l'air aspiré, le flux secondaire, une source chaude artificielle à haute température qui se maintient par l'injection du carburant dans la chambre ]0 de combustion. Cette dernière ne pose guère de problème de te-nue en température élevée du fait de son caractère statique. Il n'en est pas de même de l'échangeur haute pression. Si l'on se réfère à la figure 3, les pertes thermiques vers l'extérieur de l'échangeur peuvent être limitées par les écrans thermiques 15 lA et 2A. Si l'on pousse la compression, et donc la température de l'air, vers des valeurs très élevées ( E 25 ) le gradient de température se concentre dans les écrans thermiques dont la température moyenne est alors très élevée alors que le support sur lequel ils sont supposés adhérer sont beaucoup plus froids. 20 De ce fait et par suite des dilatations différentes des écrans et de leurs supports, il est difficile d'obtenir une bonne liaison à haute température entre écrans et supports. Par ailleurs, les pistons doubles coulissent sur une tige centrale lubrifiée par un lubrifiant organique. Pour ne pas 25 détruire ce lubrifiant dont la tenue en température est limitée, il faut refroidir abondamment la tige centrale par une circulation d'huile interne à la tige. Ce refroidissement est préjudiciable au rendement thermodynamique de l'échangeur haute pression. 30 Pour permettre un fonctionnement à haute température avec des pertes thermiques minimales une autre solution existe consistant à guider les pistons doubles non plus par une liaison lubrifiée par un lubrifiant organique, mais lubrifiée par de l'air comprimé selon la technique des paliers à air comprimé 35 ou coussin d'air. Les figures 12, 13, 13bis et 14 illustrent cette technique. Les pièces les plus exposées à la chaleur peuvent par ailleurs être refroidies non pas par un fluide à la température ambiante, mais par de l'air comprimé dérivé de la sortie de 40 l'échangeur haute pression et réinjecté en amont de la chambre de combustion. La figure 12 bis illustre cette technique pour une soupape HP contrôlant le flux des gaz brûlés. Les figures 13 bis et 14 illustrent ce procédé pour le refroidissement des pistons à partir d'air comprimé prélevé entre les deux échangeurs 45 d'énergie pneumatique. Ces différentes figures sont commentées avec un peu plus de détail dans ce qui suit. Sur la figure 12 est représentée une moitié d'échangeur haute pression montrant le piston en position haute. Les repères 50 des pièces correspondantes sont ceux de la figure 3. Ni le piston représenté ni les soupapes visibles sur cette figure ne sont refroidis. En revanche, les tuyauteries d'arrivée et de départ de l'air ou du gaz brûlé sont tapissées intérieurement 5 15 20 25 30 35 40 45 50 avec une couche de matériau isolant thermique. La figure 12 bis montre un détail de soupape contrôlant le passage des gaz brûlés en provenance de la chambre de combustion. Cette soupape est refroidie par de l'air comprimé dérivé à partir de l'amont de la chambre de combustion ( flux secondaire à sa pression et température maximales selon flèche A ). La figure 13 montre le détail du palier à air. L'air comprimé ( p. ex. l'air pris immédiatement en amont de la chambre de combustion ) arrive par la canalisation 131 et est distribué par la pièce 132 selon des orifices disposés aux sommets d'un triangle équilatéral qui débouchent sur la liaison (tige centrale/alésage de piston). Cet air, après avoir cheminé sur ladite liaison, s'évacue par la canalisation 133 où il rejoint une pression inférieure ( p. ex. la pression d'air qui règne entre l'échangeur basse pression et l'échangeur haute pression. La figure 13 bis représente le même piston refoidi par air comprimé à une pression intermédiaire, le piston se trouvant ici en position basse. La figure 14 montre une coupe diamétrale du piston 7A et du corps 1 du cylindre de l'échangeur haute pression. La coupe est faite au niveau de l'arrivée et du départ de l'air comprimé de refroidissement. Pour un taux de compression totale de l'air de =30, le taux de compression du flux secondaire dans l'étage basse pression est de l'ordre de 4,5 ( et donc de 30/4,5=6,7 dans l'étage supérieur ). Dans ces conditions la température de l'air comprimé servant au refroidissement est de l'ordre de : (288°K)x4,5"=526°K, soit 253°C. A noter enfin que, contrairement à la situation représentée en figure 3, l'ensemble des cylindres basse et haute pression est emmailloté dans un manteau fait de matériau isolant thermique. Ce manteau n'est pas représenté sur les figures 12, 13, 13 bis, 14 et 15. Conservation d'air comprimé à haute pression et température élevée. Dans l'application faite d'un groupe moteur thermique pour la propulsion d'un véhicule terrestre la réversibilité de fourniture d'énergie du groupe moteur est hautement souhaitable pour permettre la récupération de l'énergie cinétique du véhicule lors des décélérations au-delà de la marche sur l'erre. Cette réversibilité entraîne la nécessité de stocker à bord du véhicule l'énergie qui reflue lors de ces ralentissements. Si l'on se réfère à la figure 5 ce stockage est fait par accumulation d'air comprimé dans le réservoir 228. En marche normale, et jusqu'à la vitesse maximale du véhicule, le (moteur/ compresseur) 226 est alimenté à partir de la canalisation 207B. Mais, pour les fortes et fugaces accélérations ou décélérations, il est souhaitable d'alimenter le (moteur/compresseur) en air à plus haute pression. C'est ce qui est figuré sur la figure 5 où le (moteur/compresseur) est alimenté par de l'air prélevé immédiatement en amont de la chambre de combustion. Cet air étant très chaud ( pour e =30 sa température est de l'ordre de (288°K)x3e4=1123°K, soit 850°C ), il faut impérativement tapisser l'intérieur du réservoir d'une couche de matériau isolant 44 pour, d'une part, éviter les fuites thermiques et, d'autre part, pour ne pas obérer les caractéristiques mécaniques du réservoir. Sur les figures 16 et 17 sont illustrés deux procédés qui améliorent encore la situation par rapport au simple cal-feutrage interne. Sur la figure 16 l'air chaud contenu dans la partie centra-le d'un réservoir métallique repère 161 circule dans un labyrinthe purement statique 162 lors des prélèvelents d'air compri- mé ou de son reflux. Ce labyrinthe complète l'effet de coupure thermique d'un matériau isolant 163 qui tapisse la paroi interne du réservoir 161. La figure 17 illustre un procédé de confinement de l'air chaud à l'intérieur d'une vessie métallique de volume variable repère 172 qui complète comme précédemment l'effet isolant du matelas intérieur 173. CHAPITRE III. Pompe à chaleur. La fonction exercée par le groupe moteur thermique décrit :o au chapitre II est réversible, c.-à-d. qu'au lieu de prélever une quantité d'énergie thermique Ql sur la source chaude, la chambre de combustion, pour ensuite en rejeter une partie plus petite Qo vers la source froide, à savoir l'atmosphère, en transformant, aux pertes près, la différence Q1-Qo en énergie 25 mécanique W, le groupe moteur thermique décrit pourrait faire l'inverse : absorber sur la source froide l'énergie Qo, rejeter sur la source chaude une quantité d'énergie thermique un peu plus grande en consommant pour ce faire l'énergie mécanique W=Q1-Qo. Dans cette fonction inversée le groupe moteur thermi- 30 que jouerait le rôle d'une pompe à chaleur. Mais, il serait mal adapté du point de vue constructif du fait que pour assurer convenablement la fonction directe et la fonction inverse, les 3 énergies Qo, Q1 et W prennent des valeurs relatives très différentes selon l'un ou l'autre cas. Il faut donc adopter 35 pour la fonction de pompe à chaleur des caractéristiques de construction différentes ainsi qu'il apparaît sur les relations physiques qui relient entre elles les 3 grandeurs précitées et les températures des sources, l'échauffement et le refroidissement dans les sources à pressions constantes : Q1/W=Q1/(Q1-Qo)) =T1/(T1-To) où To désigne la température Kelvin de sortie de l'air issu de la source froide et Tl celle de l'air entrant dans la source chaude ( on peut d'ailleurs remplacer simultanément To par la température Kelvin To' d'entrée de l'air dans la source froide et Tl par la température Kelvin Tl' de sortie de l'air de la source chaude ). Pour les moteurs thermiques ces égalités, rigoureuses pour les gaz parfaits, ne sont qu'approximatives du fait de l'excur- sion très large en température et du fait que l'air subit dans la chambre de combustion des transformations physico-chimiques ( changement d'atomicité et de volume ). L'azote étant majoritaire dans l'air et peu affecté par la combustion, la relation entre l'énergie mécanique W produite, celle consommée et les températures des sources traduit cependant la réalité avec une approximation acceptable. Pour ce qui concerne les moteurs, cette relation montre que, à défaut de pouvoir agir sur la température ambiante To, il est souhaitable d'augmenter la température Tl par une compression de l'air la plus forte possible. Pour ce qui concerne les pompes à chaleur en revanche, la relation entre Q1/W et les températures des sources est plus proche encore de la réalité parce que To et Ti sont proches et parce quil n'y a pas de modification physico-chimique de l'air dans les pompes. Cette dernière circonstance fait que l'air peut circuler en circuit fermé. La relation démontre par ailleurs que pour avoir le rapport Q1/W le plus grand possible il faut rapprocher autant que faire se peut les températures To et Ti. La pompe à chaleur objet du présent chapitre permet deux simplifications par rapport au groupe moteur décrit au chapitre précédent. 1° Les pressions d'air des deux sources où se font les échanges thermiques sont proches l'une de l'autre et de ce fait il n'est plus nécessaire de procéder à une (compression/expansion) étagée : un seul échangeur d'énergie pneumatique suffit par pompe à chaleur. 2° La circulation de l'énergie mécanique W est unidirectionnelle. L'accumulation d'énergie sous forme pneumatique n'est donc pas nécessaire. Ceci étant posé, le fonctionnement d'une pompe à chaleur selon l'invention est explicité ci-après à la lumière de 3 exemples d'application : la production d'eau chaude dans un ballon, la climatisation hivernale ou estivale d'un lieu d'habitation et enfin l'utilisation d'une telle pompe dans une installation de dessalage de l'eau de mer. +.5 Production d'eau chaude (Figure 18A). La production d'eau chaude par une pompe à chaleur selon l'invention est représentée schématiquement sur la figure 18A. 50 Un ballon d'eau chaude 181 comporte une arrivée d'eau froide 182 et un départ d'eau chaude 183. L'eau contenue dans ce ballon est chauffée par un échangeur constitué par un serpentin immergé 184 ou par un échangeur de toute autre nature assurant la même fonction qui est: celle de matérialiser la source chaude de la pompe. L'air entre dans cet échangeur à la température Tl et en sort après avoir réchauffé l'eau du ballon à une température plus basse Tl'. Un deuxième échangeur 185 est en contact avec le milieu extérieur et constitue la source froide. On choisira cependant pour cet échangeur un environnement le plus chaud possible. Cet échangeur peut être par exemple un panneau solaire thermique dans lequel l'air entrant à la température To' est réchauffé jusqu'à atteindre la valeur To. A défaut d'une expo-sition au soleil l'échangeur peut être simplement aérien, en-terré ou noyé dans une pièce d'eau. Un échangeur d'énergie pneumatique 186 traite des débits volumiques d'air quasiment égaux ( ils le seraient rigoureusement s'il n'y avait des pertes d'énergie ) échangés entre sources chaude et froide. Comme l'air entrant dans la source chaude est plus chaud que celui qui en sort et que donc le débit volumique entrant est plus grand que le débit sortant, il faut aider l'échangeur d'énergie pneumatique en prenant en charge la différence de débit par un compresseur d'air conventionnel 187 entraîné par un moteur électrique 188 par exemple. L'énergie mécanique W fournie par ce compresseur ramenée à la chaleur Q1 transférée à la source chaude se calcule par la formule donnée précédemment, soit : W/Q1 = Tl/(T1-To) La température To étant une donnée sur laquelle on ne peut agir, ce rapport sera d'autant plus grand que la température Ti se rapproche de To par valeurs décroissantes. Dans la pratique, les besoins en eau chaude domestique ne dépassent guère 40°C, On fera une économie de consommation en fixant la température de l'eau du ballon à cette valeur plutôt qu'à la valeur courante de 80° adoptée pour les chauffe-eau classiques à résistance électrique. Mais, bien entendu cette économie se paye par un investissement plus important puisqu'il faudra adopter un chauffe-eau plus grand pour une même capacité thermique et puisque par ailleurs la pompe à chaleur représente un investis- sement plus important que celui d'une simple résistance électrique. Cette question de prééminence ou non de l'économie énergétique sur l'investissement se pose d'ailleurs dans toutes les applications possibles d'une pompe à chaleur pour résoudre un problème impliquant une dépense d'énergie. L'économie d'énergie est considérable dans l'emploi d'une pompe à chaleur. Les chiffres suivants en donnent une petite idée. Hypothèse 1: To=O°C (273°K) Ql/W=323/50=6,5 E=(323/273)=1,407 hiver T1=50°C(323°K) Hypothèse 2: To=20°C (293°K) a5 (été) T1=50°C (323°K) Q1/W=323/30=10,8 ; =(323/2931=1,276 Trois remarques peuvent être faites. 1° Il faut veiller à ce que la température To' de retour de l'air dans la source froide soit inférieure à la température de la source froide côté entrée faute de quoi le fonctionnement de la pompe est contrarié. Ainsi, dans l'hypothèse 1 ci-dessus 4 50 55 et si l'on suppose que l'air sort de la source chaude à la température Tl'=42°C (315°K), sa température à l'entrée de la source froide sera de (315x273/323)=266,2°K soit -6,8°C. S'il y avait problème, la solution consisterait à remonter la température Ti et donc le taux de compression . 2° Le circuit d'air étant fermé et tous les appareils de la pompe pouvant être rendus parfaitement étanches, il est possible de mettre le circuit sous pression avant même de démarrer la pompe. Un tel procédé facilite l'échange de chaleur tant sur la source froide que sur la source chaude. 3° Ainsi qu'il a été exposé au chapître I, les échangeurs d'énergie pneumatique simples exercent des forces de réaction sur le milieu extérieur du fait du mouvement de leur double pis-ton. Sur un véhicule de telles forces sont à compenser en asso- riant deux échangeurs formant échangeur double. Si la (compression/détente) des gaz se fait sur un seul étage les deux échangeurs simples sont identiques. Pour les pompes à chaleur où la compression/détente sur un seul étage est la règle et qui par ailleurs sont installés à poste fixe, l'utilisation d'un échangeur simple peut être envisagée dès l'instant où celui-ci est solidement arrimé sur des fondations bétonnées et noyées dans le sol. Climatisation d'un lieu d'habitation. Les figures 18B et 18C illustrent schématiquement une application de la pompe à chaleur selon l'invention lors de son fonctionnement hivernal suivant la figure 18B et de son fonctionnement estival suivant la figure 18C. Echangeur d'énergie pneumatique, compresseur d'air conventionnel et son moteur électrique sont marqués des mêmes repères que ceux de la figure 18A pour les éléments correspondants. L'espace à conditionner est placé à droite d'un mur repère 189 qui assure la meilleure isolation thermique possible entre cet espace et le milieu extérieur à gauche de ce mur. En situation hivernale l'échangeur thermique 185 constitue une partie de la source froide. I.l a été complété, à titre d'exemple, par un autre échangeur thermique 185' dont le fluide primaire est supposé être plus chaud que le milieu primaire de l'échangeur 185. Ce deuxième échangeur thermique peut être par exemple un échangeur exposé au soleil ou être alimenté en fluide primaire par un panneau solaire thermique. Le circuit d'air de la pompe est supposé ouvert, ce qui économise l'échangeur de l'espace à climatiser. En situation estivale il est généralement difficile de disposer de plus d'un échangeur thermique pour constituer la source froide. C'est la raison pour laquelle l'échangeur 185' n'est pas utilisé dans ce cas. Les chiffres suivants valables en situation hivernale donnent une idée des économies d'énergie. Hypothèse 1 : To=O°C (273°K) Ql/W=303/34`=10,1 (_hiver sans T1=30°C (303°K) panneau solai-T1'=18°C (291°K) To'=262,2°K (-10,8°C) re thermique ) 48 Hypothèse 2 : To=15°C (288°K) Ql/W=303/15=20 2 ( hiver avec T1=30°C (303°K) ' panneau solai-T1'=18°C (291°K) To'=276,6°K (+3,6°C) re thermique ) Installation de dessalage ( Figure 19 ). L'eau de mer peut être dessalée dans un alambic représenté LO sur la figurel9 comprenant deux cuves 191 et 192 reliées à leur partie supérieure par un conduit 193'. L'ensemble constitue une enceinte étanche dans laquelle est fait le vide d'air par une pompe à vide 194 et son moteur 195. L'eau de mer est conte-nue dans la cuve 191 qui constitue la source chaude d'une pompe 15 à chaleur comprenant un échangeur d'énergie pneumatique 196, un compresseur 197 et son moteur 198. Le distillat est recueilli dans la cuve 192. L'échangeur thermique de la source chaude 193 est noyé dans l'eau de mer de la cuve 191 alors que l'échangeur thermique de la source froide 194 est baigné par la phase gazeuse 20 que constitue la vapeur d'eau. La condensation du distillat dans la cuve 192 est accélérée par le vide d'air, d'une part, et, d'autre part, par la ventilation de l'échangeur thermique 194 au moyen d'un ventilateur et de son moteur 195. L'eau de mer est renouvelée pour éviter la formation de 25 cristaux de sel sur l'échangeur 193. Ceci est fait au moyen des pompes 201 et 202 ayant un arbre d'entraînement commun. Une troisième pompe 203, calée sur le même arbre que les pompes 201 et 202, a pour rôle d'extraire le distillat de la cuve 192. Ces trois pompes, entraînées par un moteur 199, ont des capacités 30 d'injection ou d'extraction telles que les niveaux de liquide dans les cuves 191 et 192 restent sensiblement constants. L'eau de mer sortant de la cuve 191 rétrocède autant que faire se peut son énergie calorifique à l'eau de mer entrant dans la cuve grâce à un échangeur thermique 200. 35 Cogénération. La cogénération consiste à récupérer autant que possible l'énergie calorifique perdue sur les groupes moteurs thermiques. 40 Pour des moteurs thermiques selon la présente invention, la chaleur perdue se limite à celle contenue dans les gaz d'échappement ( il n'y a guère de chaleur perdue pour le refroidissement du groupe moteur ). Dans les installations classiques n'utilisant pas de pompes à chaleur, la chaleur récupérée est distri- 45 buée nécessairement à une température plus basse que celle pré-sente sur le groupe moteur. Au mieux, on récupère dans ce cas une énergie totale, énergie mécanique comprise, l'énergie conte-nue dans le carburant du moteur. Avec des pompes à chaleur où le groupe moteur sert de source chaude, la chaleur distribuée 50 aux points de destination sera à une température plus élevée que celle du circuit secondaire de l'échangeur thermique placé sur le groupe moteur. Pour éviter les pertes dans la distribution, il y a avantage à organiser un réseau de distribution5 à basse température bien que légèrement supérieure à celle de l'environnement. C'est un premier avantage de l'utilisation de pompes à chaleur. Si les pompes à chaleur ne prélèvent sur leur source froide que l'énergie calorifique du fluide de ce réseau de distribution, il n'y a aucun effet multiplicateur de ces pompes. En revanche, si les conditions de température sur les lieux d'utilisation sont telles que l'on puisse utiliser conjointement de l'énergie calorifique provenant d'abord de l'environnement, puis du réseau de distribution comme indiqué sur la figure 18B, alors il y a effet multiplicateur, ce qui signifie que l'on récupère au total une énergie mécanique et calorifique supérieure à celle contenue dans le combustible consommé par le groupe moteur augmentée de celle consommée par les pompes à chaleur sur les lieux d'utilisation de ces pompes. 15 Dispositifs d'ouverture ou de fermeture pour le passage de l'air entrant et sortant de l'échangeur d'énergie pneumatique ( Figures 20, 20 bis, 21 et 21 bis ). 20 La figure 20 représente en coupe axiale une extrémité du cylindre 1 et de sa pièce de fermeture 2 d'un échangeur d'énergie pneumatique. Le passage du gaz est contrôlé par deux diaphragmes, l'un cylindrique, épousant la surface extérieure du cylindre 1, l'autre plat, placé contre la pièce de fermeture 2. 25 Le diaphragme cylindrique est constitué d'une virole 203 pouvant coulisser verticalement en découvrant des créneaux visibles sur la partie basse du cylindre 1 représenté en perspective sur la figure 21bis. La manoeuvre est faite, par exemple, au moyen d'un dispositif hydromécanique de commande tel :30 que celui décrit au chapître I page 19. La saisie de la virole est faite sur deux oreilles 204 solidaires de la virole 203. Le diaphragme plat est visible sur les figures 20 et 20bis et porte le repère 205. Le passage de l'air est rendu possible ou impossible selon que des évidements en forme de secteurs :35 pratiqués dans le diaphragme plat et la pièce de fermeture se recouvrent ou non par l'effet d'une orientation relative en rotation de ces deux pièces. Sur la figure 20bis apparaîssent 6 évidements en secteurs pratiqués dans le diaphragme. La pièce de fermeture en comporte 6 autres identiques qui se placent face 40 aux précédents lorsque le passage de l'air est autorisé. La manoeuvre en rotation se fait au moyen d'un bras 206 solidaire du diaphragme 205. Le bras porte à son extrémité une articulation pour la saisie par un dispositif de commande qui peut être comme précédemment un dispositif hydromécanique. 10 CHAPITRE IV L'implication de l'invention dans une nouvelle politique énergétique. Les solutions techniques à abandonner et celles à favoriser à l'avenir. 10 L'énergie produite sur notre planète est très majoritairement de l'énergie calorifique gagnée à partir de combustibles chimiques, Fossiles ou renouvelables, et de combustibles fossiles nucléaires engagés dans des réactions exothermiques, de combustion chimique pour les premiers, de réaction nucléaire 15 pour les seconds. L'énergie consommée sur Terre est, quant à elle, très majoritairement consommée sous forme mécanique ou sous forme calorifique. L'énergie électrique est principalement utilisée pour le transport de l'énergie et, à titre minoritaire, consom- 20 mée sous cette forme pour alimenter des appareils électriques ou électroniques. La question est de savoir comment procéder pour adapter la consommation, c.-à-d. les transformations énergétiques à partir de la production massive d'énergie calorifique, pour sa- 25 tisfaire les besoins rappelés ci- dessus dans les meilleures conditions environnementales ou si l'on préfère, de production minimale de gaz à effet de serre et autres polluants. Comment satisfaire au mieux la consommation d'énergie mécanique. 30 La consommation d'énergie mécanique sur plateforme mobile. Une bonne partie des besoins en énergie mécanique est exprimée par les transports. Pour les transports terrestres en 35 particulier, les groupes moteurs thermiques conventionnels utilisés pour la propulsion des véhicules terrestres sont mal adaptés : leur conception de base remonte aux machines à vapeur alternatives de la révolution industrielle, une époque où les pertes mécaniques, pneumatiques et thermiques des moteurs n'é- 40 taient pas un souci majeur. De ce Fait le rendement de ces moteurs est minable, surtout en circulation urbaine. Par ailleurs, les moteurs thermiques conventionnels n'ont guère de flexibilité et sont totalement irréversibles. Tout au contraire, les groupes moteurs décrits au Chapître II sont conçus pour minimi- 45 ser les pertes mécaniques, pneumatiques et thermiques et font par ailleurs un bon usage des "calories chaudes" que permet la combustion d'un carburant chimique. Au surplus, ces groupes objet de l'invention présentent une triple réversibilité : 1° la réversibilité de rotation de l'arbre de sortie, ce 50 qui dispense d'un inverseur de marche, 2° la réversibilité de la circulation de l'énergie sur l'arbre de sortie; celle-ci est bidirectionnelle : le moteur5 peut fournir de l'énergie, mais il peut aussi en recevoir, 3° enfin, le moteur objet de l'invention possède une réversibilité dans l'exécution du cycle thermodynamique en étant capable de fournir conjointement ou alternativement de l'énergie mécanique ou frigorifique. Un aspect important concernant le remplacement des moteurs thermiques actuels par des moteurs selon l'invention est le suivant : les moteurs traditionnels en charge de la propulsion des véhicules de transport terrestres ont un rendement déplorable lorsque ces véhicules sont utilisés en zone urbaine. Plus de 90 % de l'énergie contenue dans le carburant est renvoyée dans l'atmosphère en pure perte. Cela tient à deux raisons principales qui sont, d'une part, le fait que le rendement de ces moteurs s'effondre lorsque la puissance requise est réduite, ce qui est le cas en ville, et, d'autre part, que les obstacles de la circulation obligent à de fréquentes accélérations et décélérations du véhicule. Or, à cause de leur irréversibilité, les moteurs conventionnels sont incapables de récupérer l'énergie cinétique qui reflue lors des ralentissements. Non seulement ces moteurs ne récupèrent pas d'énergie mécanique, mais ils en détruisent conjointement avec le frein à friction. C'est l'effet de "frein moteur" bien connu. Dans les moteurs selon l'invention ces deux effets négatifs du point de vue énergétique sont pratiquement gommés. D'une ma- nière générale, en circulation urbaine comme en circulation extra-urbaine, et considérant un moteur thermique réversible du point de vue de la circulation de l'énergie sur l'arbre de sortie ( � 2° ci-dessus ) et ayant par ailleurs un rendement constant sur la totalité de sa plage de fonctionnement, ce qui est sensiblement le cas des groupes moteurs proposés au chapître II, la consommation de carburant à la distance parcourue ( en litres par 100 km par exemple ) est en proportion linéaire de la moyenne spatiale de la résistance algébrique à l'avance-ment opposée à la progression du véhicule. Or, en circulation urbaine, et abstraction faite du vent et du dénivelé en altitude entre point de départ et point d'arrivée qui ne sont pas des hypothèses très restrictives, cette moyenne spatiale de résistance algébrique se réduit sensiblement à celle du roulement seul ( l'effet inertiel du véhicule n'intervient pas et la traînée aérodynamique est faible par rapport à la résistance op-posée par le roulement ). De ce qui précède il résulte que pour les véhicules terrestres équipés de moteurs selon chapître II, la consommation urbaine est liée sensiblement à la résistance à l'avancement par une relation de proportionalité linéaire avec la résistance du roulement, elle-même sensiblement proportionnelle au poids du véhicule. Il apparaît donc que pour des véhicules automobiles équipés de groupes moteurs thermiques selon l'invention, la consommation de carburant en milieu urbain a un effet de quasiproportionalité avec la masse du véhicule et l'adoption de pneus à faible résistance au roulement ( pneus dit "verts" ). L'augmentation du rendement des moteurs autorise d'ailleurs une réduction dans la quantité de carburant embarquée à autonomie conservée, ce qui participe à la réduction de masse de ces véhicules. Les besoins d'énergie mecanique à poste fixe. L'autre partie des besoins en énergie mécanique est produite pour l'essentiel à poste fixe et transportée sous la forme électrique vers une pluralité de points d'utilisation d'énergie. Là encore, les groupes moteurs décrits au chapitre II sont à préférer. Par rapport aux centrales thermiques actuelles de production d'énergie électrique, il conviendrait de réduire le rayon d'action des centrales futures. On gagnerait ainsi par réduction des pertes au transport. Ainsi qu'il est préconisé ci-après, une utilisation plus extensive'de pompes à chaleur telles que décrites au chapitre III permettrait par ailleurs de réduire le flux d'énergie transportée, ce qui représenterait un gain supplémentaire en énergie. Les besoins en énergie calorifique. Grossièrement, les besoins en énergie calorifiques peuvent être classés en deux catégories en utilisant le vocabulaire des 20 thermodynamiciens : - les besoins en calories chaudes, c.-à-d. en énergie calorifique déposée sur un support matériel à haute température ( T�250°{environ ), - les besoins en calories tièdes ( T (250°C ). 25 Sur le plan énergétique, les calories sont équivalentes, qu'elles soient chaudes ou froides, mais sur le plan de la transformation énergétique en énergie mécanique les premières sont à préférer. La réaction chimique de combustion, comme la réaction nucléaire du reste, permet la production de calories 30 aussi chaudes que souhaité si le support qui reçoit l'énergie calorifique est préchauffé. Il faut donc réserver les réactions de combustion à la production de calories chaudes. Lorsque les besoins sont exprimés en calories chaudes ils sont à satisfaire directement par une réaction de combustion, 35 éventuellement par un courant électrique circulant dans une résistance électrique ( cas de certains fours industriels et de l'éclairage en général ). En revanche, lorsque les besoins sont exprimés en calories tièdes, ce qui est majoritairement le cas dans les habitations, l'utilisation de pompes à chaleur est à 40 préférer aux chaudières alimentées en combustible chimique et tous autres appareils de chauffage des habitations ou de chauffage d'eau mettant en jeu une réaction de combustion. Les pompes à chaleur ne produisent pas de chaleur, ou n'en produisent que très peu à partir de l'énergie mécanique qu'elles consomment, 45 mais déplacent de la chaleur gratuite prélevée sur le milieu extérieur au prix, il est vrai, d'un investissement plus lourd que celui des appareils à combustion et au prix aussi d'une petite dépense d'énergie mécanique, quoique beaucoup plus faible que l'énergie calorifique déplacée. 50 De ces explications il résulte que les chaudières domestiques ou collectives ainsi que tous autres appareils de chauffage de l'air ou de l'eau utilisant une combustion de charbon, houille tourbe, etc..., de fuel domestique, gaz et même de bois et de sous-produits agricoles devraient être réformées à terme et être 55 remplacées par des pompes à chaleur. Les appareils de cuisson à combustion ou électriques à effet ohmique posent un problème particulier. Théoriquement, les pompes à chaleur peuvent prendre le relais, mais leur avantage énergétique est plus faible. Il convient alors de peser cas par cas les termes économiques, environnementaux et gastronomiques. De manière plus résolue encore faudra-t-il condamner à l'avenir le chauffage des habitations et de l'eau pour les besoins domestiques par des appareils fonctionnant avec de simples résistances électriques, parce que ces appareils impli- quent un fort gâchis énergétique en amont. Comme indiqué précédemment, l'ensemble des mesures préconisées ci-dessus conduit à décharger les lignes de transport électrique, ce qui se traduira sûrement par de nouvelles économies d'énergie. Revendications 1. Echangeur d'énergie pneumatique entre un gaz primaire et un gaz secondaire comprenant au moins un étage moteur pneumatique(10A, 10B ; 10A', 10B' ;104 ; 204A, 204B) traversé par le gaz primaire, la pression du gaz primaire en entrée de l'étage moteur étant plus forte que la pression du gaz primaire en sortie de l'étage moteur, et au moins un étage compresseur (11A, 11B ; 11A' ; 105 ; 205A, 205B) traversé par le gaz secondaire, la pression du gaz secondaire en sortie de l'étage compresseur étant plus élevée que la 1 o pression du gaz secondaire en entrée de l'étage compresseur, l'étage moteur pneumatique et l'étage compresseur étant liés mécaniquement entre eux de façon à ce que l'énergie mécanique prélevée sur le gaz primaire et délivrée par l'étage moteur pneumatique soit absorbée entièrement, aux pertes près, par l'étage compresseur et transmise au gaz secondaire. 15 2. Echangeur d'énergie pneumatique selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étage moteur pneumatique(10A, 10B ; 10A', 10B' ;104 ; 204A, 204B) et l'étage compresseur (11A, 11B ; 11A' ; 105 ; 205A, 205B) comportent des entrées et des sorties pneumatiques munies de dispositifs d'obturation (18A, 18B, 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B, 19A', 19B', 20A') 20 commandables tels que des soupapes, de façon à pouvoir régler les débits et pressions des gaz primaires et secondaires, ainsi que la puissance traitée, en adaptant la séquence d'ouverture et de fermeture des dispositifs d'obturation. 3. Echangeur d'énergie pneumatique selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage moteur pneumatique (10A, 25 10B ; 10A', 10B') et l'étage compresseur (11A, 11B ; 11A') sont constitués d'au moins une enceinte cylindrique (1), éventuellement compartimentée, dans laquelle au moins un piston libre (7A, 7B) est monté mobile, l'au moins un piston libre faisant office de masselotte et de cloison de séparation entre gaz primaire et gaz secondaire. 30 4. Echangeur d'énergie pneumatique selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'au moins une enceinte cylindrique (1) comporte une cloison diamétrale (4) délimitant deux compartiments identiques (5A, 5B), et en ce que un piston libre (7A, 7B) est monté mobile dans chaque compartiment (5A, 5B), les deux pistons libres (7A, 7B) étant reliés par une tige (9) de façon à 55 2921442 former un piston double, la tige (9) traversant la cloison diamétrale (4) et ayant une longueur adaptée pour que chaque piston libre (7A, 7B) puisse balayer la quasi-totalité du compartiment (5A, 5B) dans lequel il est mobile et dans lequel il délimite deux volumes constituant une chambre primaire (10A, s 10B) et une chambre secondaire (11A, 11B), chaque volume comportant au moins une entrée et une sortie de gaz, de telle sorte que les deux volumes disposés aux extrémités de l'enceinte cylindrique (1) puissent être traversés par l'un des gaz, et les deux volumes disposées dans la partie centrale de l'enceinte cylindrique, de part et d'autre de la cloison diamétrale (4), puissent 1 o être traversés par l'autre gaz, les entrées et sorties de gaz comportant des moyens d'obturation commandés (18A, 18B, 19A, 19B, 20A, 20B, 21A, 21B) selon un cycle tel que les deux pistons libres (7A, 7B) reliés par une tige (9) exécutent des mouvements d'aller et retour d'égale durée sur la quasi-totalité de la course balayable afin de permettre l'écoulement saccadé et 15 unidirectionnel des deux gaz, ladite enceinte cylindrique munie d'un piston double constituant un échangeur pneumatique à pistons libres simple. 5. Echangeur d'énergie pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux échangeurs pneumatiques simples coaxiaux, connectés en parallèle ou en série, ayant des ca- 20 ractéristiques géométriques et mécaniques telles que, lors-que les équipages mobiles de ces deux échangeurs exécutent des mouvements synchrones et en opposition de phase, les réactions oscillatoires générées par l'un de ces échangeurs sur son environnement soient compensées par celles générées 25 par l'autre échangeur. 6. Echangeur d'énergie pneumatique selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que au moins un piston double (6) comporte un alésage axial et est monté coulissant sur une tige centrale (50) passant à travers l'alésage axial, ladite tige centrale comportant des moyens 30 (51, 52) pour faire circuler et pour distribuer au moins un fluide pour la lubrification et le refroidissement. 7. Echangeur d'énergie pneumatique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que au moins un moyen d'obturation (18A, 18B, 19A, 19B, 19A', 19B', 20A, 20B, 20A', 21A, 21B) est une soupape 35 munie d'un dispositif de commande hydromécanique du type bascule bistable, ledit dispositif comprenant un cylindre (300) dans lequel est monté mobile un piston (301) relié à la tête de soupape (308) par une tige (302) montée coulissante dans un palier (303) prévu dans le fond (304) d'une première extrémité du cylindre, le piston comportant dans sa partie médianeune première gorge (310) prolongée par au moins un canal (312) débouchant à une première extrémité du piston et une deuxième gorge (311), adjacente à la première gorge, et prolongée par au moins un canal (313) débouchant à une deuxième extrémité du piston, la paroi cylindrique du cylindre (300) s comportant des lurnières permettant d'alimenter en liquide peu compressible à haute pression ou en liquide peu compressible à basse pression la première gorge et la deuxième gorge afin de provoquer un mouvement de va et vient du piston (301) sous l'effet des pressions appliquées sur les deux faces du piston par le liquide peu compressible, les lumières prévues dans la Io paroi cylindrique du cylindre étant disposées de telle sorte que l'énergie mise en jeu lors de l'accélération du piston sous l'effet des pressions hydrauliques soit récupérée, aux pertes près, lors de la décélération du piston. 8. Générateur de gaz ( 100, 200 ) caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un échangeur d'énergie pneumatique ( 103, 203A, 203B ) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et au moins un moyen d'échange ou de production d'énergie thermique ( 101, 201, 240 ), ledit moyen d'échange ou de production d'énergie thermique étant alimenté en gaz par le gaz secondaire produit par l'au moins un échangeur d'énergie pneumatique, et produisant un gaz constituant le gaz primaire d'alimentation de l'au moins un échangeur d'énergie pneumatique. 9. Générateur de gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il 25 comprend une pluralité d'échangeurs d'énergie pneumatique (203A, 203B) montés en série ou en parallèle. 10. Générateur de gaz selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen d'échange ou de production d'énergie thermique (201, 240) est un moyen de combustion isobare. :30 11. Générateur de gaz selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen d'échange ou de production thermique (101) est un radiateur refroidi à l'air soufflé. 12. Groupe moteur comprenant un générateur de gaz (200) selon la revendication 10 et un moteur pneumatique (226, 226A) alimenté par le :35 générateur de gaz caractérisé en ce que ledit moteur pneumatique est alimenté en série à partir d'un point quelconque du circuit de gaz primaire ou du circuit de gaz secondaire du générateur de gaz, ou en parallèle entre un point du cir- cuit de 15 20gaz primaire ou secondaire à une première pression et un point du circuit de gaz primaire ou secondaire à une deuxième pression différente de la première pression. 13. Groupe moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande des dispositifs d'obturation de l'au moins un échangeur d'énergie pneumatique, lesdits moyens de commande étant pilotés de telle sorte que les gaz brûlés et éventuellement l'air rejeté à l'atmosphère, sont rejetés à une pression aussi faible que possible, compatible avec le débit d'air aspiré souhaité. io 14. Groupe moteur selon la revendication 12 ou la revendication 13, utilisable sur un véhicule terrestre caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réservoir (228) d'air ou de gaz brûlés comprimés disposé en tampon sur le circuit de gaz primaire ou sur le circuit de gaz secondaire, et en ce que le moteur pneumatique (226) est réversible de façon à pouvoir fonctionner en 15 compresseur lors des ralentissements du véhicule sur lequel il est monté afin de stocker l'énergie récupérée sous forme d'air ou de gaz comprimé. 15. Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le moteur pneumatique (226, 226A) est une machine à pistons liés par bielles et manivelles, à simple effet et à vilebrequin unique 20 comprenant au moins un cylindre haute pression et un cylindre basse pression, les cylindres étant adaptés pour que les couples correspondant aux différents cylindres, sur un tour de vilebrequin, soient aussi bien répartis que possible. 16. Groupe moteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que le 25 moteur pneumatique comporte une pluralité de cylindres disposés en ligne de façon à ce que les axes des cylindres soient disposés dans un même plan, et en ce que l'axe du vilebrequin soit situé dans un plan parallèle au plan des axes des cylindres et écarté du plan des axes des cylindres de façon à minimiser les frottements entre les pistons et les parois intérieures du :30 cylindre. 17. Groupe moteur selon la revendication 16, caractérisé en ce que, lorsque le moteur pneumatique est utilisé en moteur, l'admission du gaz ou de l'air est légèrement retardée par rapport au passage du piston au point mort haut, ou lorsque le moteur pneumatique est réversible et utilisé encompresseur, le refoulement de l'air ou du gaz est légèrement avancée par rapport au point mort haut, de manière à obtenir le meilleur rendement. 18. Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que le moyen de combustion isobare (201) est une chambre de combustion alimentée par un combustible fluide injecté, et en ce que la chambre de combustion est alimentée par intermittence de façon à minimiser la production de gaz polluants tout en respectant, au cours d'un cycle, la température moyenne correspondant, pour un débit d'air frais aspiré, à la puissance souhaitée du groupe. Io 19. Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que la chambre de combustion isobare est alimentée en combustible solide sous forme d'une ou plusieurs cartouches (240) disposées dans la chambre de combustion, la combustion s'effectuant dans les cartouches, les cartouches étant mises en service simultanément ou 15 successivement. 20. Groupe frigorifique comportant un générateur de gaz (100) selon la revendication 11 et un moyen pour fournir de l'air comprimé monté en série ou en parallèle sur les circuits de gaz primaire ou secondaire, le circuit de gaz secondaire du générateur de gaz fournissant de l'air comprimé qui est refroidi 20 par le radiateur (101) pour former de l'air primaire refroidi. 21. Groupe frigorifique selon la revendication 20, caractérisé en ce que le moyen pour fournir de l'air comprimé est un compresseur (112) aspirant de l'air ambiant. 22. Groupe frigorifique selon la revendication 20 caractérisé en ce que le 25 moyen pour fournir de l'air comprimé est un prélèvement sur le circuit secondaire d'un générateur de gaz. 23. Groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 19 dont le moteur/compresseur est alimenté en gaz secondaire et caractérisé par le fait que l'air expulsé par ce moteur/ 3O compresseur est recyclé en aval du filtre à air. 24. Groupe frigorifique utilisant un groupe moteur selon l'une quelconque des revendications 12 à 19 dont le moteur/ compresseur est alimenté en gaz secondaire exclusivement et caractérisé par le fait que ce gaz secondaire est refroidi avant %5 ultime détente jusqu'à la pression atmosphérique, les frigories utilisables étant directement transportées par ce gaz secondaire ou transmises vers leur utilisation au travers d'un échangeur air/air. 25. Pompe à chaleur utilisant l'air atmosphérique comme gaz traversant, destinée au chauffage de l'eau pour les besoins courants, domestiques ou collectifs, au conditionnement d'air hivernal ou estival ainsi qu'au dessalage de l'eau de mer au moyen d'un alambic caractérisée par le fait que la source froide et la source chaude communiquent au travers d'un ou plusieurs échangeurs d'énergie pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 aidé(s) par un ou plusieurs compresseur(s) ou générateur(s) de gaz selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 monté(s) en parallèle du ou des échangeur(s) pour refouler l'air entrant dans la source chaude de manière à équilibrer, aux pertes près, l'énergie pneumatique échangée dans le ou les échangeur(s) pneumatique(s).