Brevet FR2941741A1 — publié le 20100806

-1- La présente invention concerne un dispositif destiné à la fabrication de moteurs thermiques à pression constante et à très haut rendement, permettant de diminuer la consommation actuelle de 50% ou plus, dans tout ce qui est moteurs thermiques, et de les alimenter par tout ce qui produit de la chaleur, y compris le soleil. La fabrication des moteurs est traditionnellement en 2 ou 4 temps et tous à volume constant. Ils ont été très étudié et sont arrivés à des performances remarquables. Cependant leur rendement thermique n'est pas exceptionnel et ne dépasse guère actuellement les 30 à 33%. Les gains que l'on a pu réaliser ont été longs et ont fortement compliqué la fabrication. D'autre part, ces moteurs sont devenus de plus en plus exigeants dans leur alimentation en carburant : indice d'octane, présence de plomb et polluent beaucoup. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Il comporte à cet effet selon une première caractéristique, un circuit bien déterminé avec récupération de chaleur après le travail par détente des gaz chauds et comprimés qu'un échangeur thermique communique aux gaz venant d'être comprimés. D'autre part, il est conçu pour fonctionner en circuit hermétique et avec un fluide ayant un rapport Cp/Cv se rapprochant de l'unité. Ce circuit est composé par : a) un surpresseur ou compresseur, qui aspire et vaporise un fluide contenu dans un évaporateur, donc refroidit ce fluide avant de l'aspirer. Cela pour diminuer la température d'aspiration, et par voie de conséquence, d'augmenter le rendement. b) un échangeur thermique récupérateur de calories, ayant 2 voies d'échange thermique si la source de chaleur est rayonnante, solaire par exemple et 3 voies d'échange thermique dans les cas de chaleur de convection, combustion par exemple, traversé par les gaz qui viennent d'être comprimés et par ceux qui viennent de travailler par détente dans un moteur à gaz et dans le cas de trois voies, pour les gaz résiduels d'une combustion, par exemple. Les premiers s'échauffent, les seconds et troisièmes se refroidissent. -2- Il y a donc récupération de chaleur, donc augmentation du volume des gaz comprimés qui vont travailler dans le moteur à gaz. Pour une efficacité maximale la circulation de ces gaz se fait à contre-courant. c) un foyer dans lequel les gaz comprimés déjà chauffés dans l'échangeur thermique précité, vont être surchauffés et portés à leur température de travail. La meilleure chaleur, est une chaleur rayonnante : soleil, ou autre, chauffant un espace fermé traversé par des tubes ou passent les gaz. Néanmoins toute source de chaleur par combustion de : essence, mazout, huile, hydrogène, déchets organiques, bois (en combustion complète ou partielle, etc. ...convient, mais avec récupération de la chaleur résiduelle par la troisième voie de l'échangeur thermique récupérateur précité. La température des gaz n'est limitée que par la résistance des produits métallurgiques et isolants, avec lesquels ils sont en contact. d) un moteur à gaz ou les gaz chauds et comprimés produisent leur travail par détente. Leur pression chute complètement et un peu leur température. e) les gaz détendus repassent à l'échangeur thermique dont il a été question plus haut pour céder leur chaleur résiduelle aux gaz nouvellement comprimés. f) après quoi les gaz retournent à l'évaporateur soit directement, soit en passant par un condenseur ou un refroidisseur suivi d'un régulateur de débit, et l'énergie produite est récoltée sur un axe commun. Dans un tel système, la cylindrée motrice doit être plus forte que celle de compression, dans des proportions qui varient suivant les températures maximale et minimale de fonctionnement et le taux de compression préalablement fixé. Le fluide de travail est un fluide dont le rapport gama=Cp/Cv est le plus près possible de l'unité pour que la différence de température à l'entrée et la sortie des gaz dans l'échangeur thermique soit la plus élevée possible. L'idéal serait de travailler en isotherme. Ce fluide travaille en circuit fermé et étanche. Dans les parties très -3- chaudes les canalisations sont en produits minéraux isolants entourés de produits métalliques étanches et résistants à la pression. Selon des modes particuliers de réalisations : - le fluide de travail peut être de l'air en circuit ouvert, le coût est moindre mais le rendement aussi. - le compresseur et le moteur à gaz sont deux constituants monobloc sur le schéma, mais ils peuvent être deux appareils séparés agissant l'un sur l'autre par courroies ou autres transmissions, au point de vu vitesse de rotation. - le compresseur et le moteur à gaz peuvent être constitués par des appareils de fabrication existante et adaptés à cette application par des modifications. - l'échangeur récupérateur et le four de chauffe peuvent être une seule et même pièce en fabrication. - l'échangeur récupérateur n'a que deux circuits gazeux, mais il peut en avoir trois. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le schéma de montage de l'invention pour énergie solaire et similaire. La figure 2 représente le schéma de montage de l'invention pour énergie de combustion et similaire, source de gaz chaud par exemple. La figure 3 représente en coupes une canalisation de gaz chauds. En référence à ces dessins, le dispositif comporte en schéma de montage, un évaporateur (1), d'où un compresseur (3) aspire un gaz par un tube (2), qu'il comprime et refoule par le tube (4) dans un échangeur thermique récupérateur de calories (5) où le gaz y pénètre en {16) et se réchauffe. L'élévation de température du gaz dans le compresseur (3) doit être la plus faible possible, c'est pourquoi le fluide utilisé en circuit fermé doit avoir un rapport Cp/CV (chaleur spécifique à pression constante divisé par chaleur spécifique à volume constant) se rapprochant le plus possible de l'unité : F 113, bensen, par exemple. Il existe une vingtaine de -4- fluides utilisables. Les gaz ainsi pré-réchauffés dans l'échangeur-récupérateur (5) en ressortent en (18) et par une canalisation (6) pénètrent dans un four (7) pour être portés à leur température finale avant le travail. Le four (7) est d'un type connu. Il est alimenté en calories par une combustion de toute nature : gasoil, essence, pétrole, huile, hydrogène, bois en combustion complète et non en gazogène etc. ...ou par l'énergie solaire par des procédés connus de concentration : miroirs ou lentilles. Dans ce cas, la zone de chauffe (7) est fermée avec une vitre réfractaire (18), figure 1. Quand il s'agit d'une combustion, la zone de chauffe (7) est ouverte, avec un brûleur (25). Les gaz brûlés en sortent par une canalisation (23) et pénètrent dans l'échangeur récupérateur (5) pour chauffer les gaz qui viennent d'être comprimés, puis, ils sont évacués par la canalisation (24). Par une canalisation (8) les gaz actifs, pénètrent alors dans le moteur à gaz (9) où ils produisent leur travail par détente. Leur pression baisse ainsi que leur température. Cette dernière, de très peu, car Cp/Cv est très faible. Par une canalisation (10) ils entrent en (19) dans l'échangeur récupérateur (5) où ils circulent en contre courant avec les gaz nouvellement comprimés et en leur cédant leurs calories. Ces dernières sont donc utilisées pour le chauffage des gaz comprimés, au lieu d'être perdues en étant rejetées. L'énergie mécanique produite est utilisée directement par l'axe (15), ou par un alternateur ou dynamo (14). L'utilisation d'un fluide avec un faible rapport Cp/Cv permet d'avoir une différence de températures importante entre celles des gaz sortant du moteur à gaz et ceux sortant du compresseur, ce qui augmente l'action de l'échangeur récupérateur (5) donc de la quantité de calories récupérées après le travail des gaz dans le moteur à gaz, pour les réinjecter dans le circuit par les gaz actifs nouvellement comprimés. Selon une variante non illustrée, en sortant de l'échangeur récupérateur (5) le fluide va directement dans l'évaporateur (1) par suppression du condenseur (12) et du régulateur de débit (13). A titre d'exemple non limitatif le présent dispositif aura, en -5- fonctionnement, un rendement dans l'exploitation de l'énergie solaire, une valeur 50 % à 90% et plus (près de l'unité). Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'obtention d'énergie non polluante à partir du soleil, par de petites centrales individuelles, ou des centrales non limitées en Mégawatts, pour les unités de transports routiers, maritimes, aériens de toutes puissances et semi- polluantes par combustion à très haut rendement ; non polluante avec l'hydrogène. 15 REVENDICATIONS1°) Dispositif de moteur thermique à haut rendement caractérisé en ce qu'il comporte un circuit composé de : un évaporateur (1), suivi d'un compresseur (3), suivi lui-même d'un échangeur thermique récupérateur de calories de chaleur (5), suivi d'un four de surchauffe (7), puis d'un moteur à gaz (9), le circuit permettant ensuite un retour à l'échangeur thermique récupérateur (5) et finalement à l'évaporateur (1). 2°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les gaz comprimés par le compresseur (3) passent dans un échangeur récupérateur de chaleur (5) où ils s'échauffent en récupérant les calories résiduelles des gaz comprimés et chauds après leur travail par détente dans le moteur à gaz (9)- 3°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide travaillant dans le circuit est de l'air en circuit ouvert, ou un fluide dont le rapport Cp/Cv se rapproche le plus près possible de l'unité, et travaillant en circuit fermé. 4°) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit comporte un évaporateur (1) pour augmenter le rendement.