Brevet FR2957389A1 — publié le 20110916

-1-DESCRIPTION La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nouveau un procédé générateur d'une force motrice à partir d'une source de calories de faibles températures ou de fortes températures et avec un faible ou fort delta de température entre une source chaude et une source froide. On connaît déjà des machines thermodynamiques comme les moteurs qui opèrent par la différence de température d'un gaz comprimé puis détendu dans une enceinte à variation volumétrique constituée le plus souvent par un cylindre et un piston. De tels systèmes thermodynamiques sont mis en oeuvre, notamment dans les 1© moteurs otto et les moteurs diesels. Ces systèmes présentent l'inconvénient d'avoir un rendement de conversion relativement faible, car l'essentiel des calories engendrées est dissipé en pure perte sous la forme de gaz d'échappement ou de circuits de refroidissement. On connaît encore des moteurs à combustion externe comme le moteur Stirling, qui 1 5 opèrent par le déplacement d'un gaz entre une partie chaude et une partie froide d'une enceinte, comprenant au moins une aire de détente volumétrique desdites cases, afin de produire une force motrice du fait de la pression engendrée par la dilatation, puis par la rétraction desdits gaz. Ce système présente l'avantage de fonctionner avec toutes sortes de combustibles 20 puisqu'il fait appel à des calories fournies de l'extérieur, peu importe alors l'origine de ces calories. Cependant, ces systèmes présentent de grands inconvénients, à savoir, le très faible rendement de conversion des énergies et cela, contrairement à la croyance populaire qui voudrait que ces types de moteurs aient des rendements 25 exceptionnellement élevés. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et se rapporte à un procédé complet de la conversion de chaleur, quelle que soit son origine et cela, avec des rendements élevés. La présente invention sera bien comprise en se référant à la description ci-dessous 30 ainsi qu'aux dessins annexés et dont : - la figure 1 est une vue générale du procédé, - la figure 2 est une vue en coupe de la partie mécanique du procédé, - la figure 3 est une vue du procédé dont des calories sont apportées dans un circuit par la dérivation dudit circuit, 35 - la figure 4 est une vue du procédé dont des frigories sont apportées dans un circuit par la dérivation dudit circuit, - la figure 5 est une vue du procédé dont des calories et des frigories sont apportées 38 de l'extérieur dans un circuit par l'intermédiaire d'échangeurs de température, 2957389 -2 - la figure 6 est une vue d'une décharge hydraulique tampon disposée dans un circuit, - la figure 7 est une vue du procédé dont les deux échangeurs sont disposés de manière coaxiale, 5 - la figure 8 est une vue synoptique du procédé. La présente invention permet de convertir un delta de température d'un fluide en une force motrice en opérant par la dilatation d'un fluide et comportant des canalisations, une pompe (1) , un moteur (2), un échangeur de chaleur HP (3) et un échangeur de chaleur BP (4), une source chaude (5) et une source froide (6). .i c. La source chaude venant de l'extérieur du procédé est convertie en une force motrice avec un rendement de conversion de 100% et en accord avec le rendement de Carnot. Ce taux de conversion élevé est rendu possible par le transfert de l'intégralité des calories contenues dans ledit fluide rejetées à l'extérieur du cycle de Carnot, vers la i 3 source chaude du procédé. Pour ce faire, un premier fluide, dit fluide HP (7), circule entre une pompe (1) et un moteur (2), dans un circuit dit circuit interne HP. Dans ce fluide HP, deux apports de calories sont effectués, et dont le premier apport est effectué par un échangeur de chaleur (3), dit ECHANGEUR HP et le 2C deuxième apport est effectué par une chaudière ( 8 ). Lesdits apports de calories provoquent alors une augmentation de la tempéature dudit fluide HP ainsi qu'une augmentation de sa pression et celle-ci constituant alors la force motrice du présent procédé. Après la détente dudit fluide HP dans le moteur (2) , ce fluide circule en sens inverse entre ledit moteur et ladite pompe, le fuide à ce stade est appelé fluide BP (g). On refroidit ensuite ledit fluide BP par un apport de frigories qui est effectué par un autre échangeur de chaleur (4) dit ECHANGEUR BP, ce qui provoque une rétraction dudit fluide. 50 Ce fluide BP rétracté est alors réinjecté dans ledit circuit HP par ladite pompe (1) entamant ainsi un nouveau cycle comme ci-dessus et ainsi de suite continuellement. Les calories perdues par le fluide BP lors de son refroidissement dans l' ECHANGEUR BP (4) sont récupérées dans cet échangeur par un autre fluide dit 33 fluide externe qui du point de vue pressostatique est neutre, puis ces calories sont 4 réintroduites dans le circuit HP par l' ECHANGEUR HP . Le fluide externe circule d'abord dans I' ECHANGEUR BP à contre-courant du fluide BP et ta température de sortie dudit ECHANGEUR BP est égale à la température d'entrée dans ce même échangeur dudit fluide BP. Le fluide externe circule ensuite dans I' ECHANGEUR HP à contre-courant du 5 fluide interne et la température de sortie dudit ECHANGEUR HP est égale à la température d'entrée dudit fluide HP. Ledit procédé ainsi agencé opère sans changement de phase, lesdits deux fluides sont des liquides et restent à l'état liquide. 1 d Ladite pompe (8) est une pompe hydraulique. Ledit moteur (9) est un moteur hydraulique à détente volumétrique. Le procédé comporte encore : - Une chaudière (15), - Une pompe de recirculation d'eau (16), 1 5 - Divers manomètres et thermomètres pour indiquer les pressions et les températures des fluides, - Une partie mécanique spécifique composée par un ensemble qui regroupe une pompe, un moteur à détente volumétrique et une génératrice électrique reliés par un arbre de transmission commun. 20 Ladite pompe et le moteur sont dans un cas d'exécution de l'invention , des composants identiques puisque réversibles. Cependant, la cylindrée du moteur est plus importante que la cylindrée de la pompe afin de pouvoir dégager le surplus de fluide obtenu par sa dilatation, surplus constituant l'énergie disponible, obtenue par le procédé. 25 Ladite partie mécanique est constituée de différents éléments, dont : - corps de moteur (17), - corps de pompe (18), - entrée d'huile (19), - sortie d'huile (20), C - platine de distribution (21), - cylindre (22), - piston (23), - roulement de force (24), - roulement de maintien (25), - joint (26), - axe-arbre (27), - carcasse (28), - inducteur (29), - induit (30), - stator (31), - rotor (32), 2957389 -4- Différentes sources de calories utilisables dans le présent procédé: - le circuit de refroidissement d'un moteur diesel, - le circuit de refroidissement d'une centrale nucléaire, - le circuit d'eau chaude d'une centrale de chauffage urbain, 5 - le circuit d'eau chaude d'une centrale d'incinération, - le circuit de rejet d' effluents chauds de certaines industries, - l'eau chaude solaire, - la géothermie, - une chaudière incorporée au procédé, 1 rw - le circuit d'eau chaude du chauffage central d'une maison d'habitation ou d'un immeuble. 11 existe de nombreux moyens pour utiliser la force motrice dégagée par le présent procédé dont les suivants: - génératrice électrique, 1 5 - alternateur électrique, - dynamo, - entraînement de roues de véhicules ou d'engins, - entraînement d' hélices, - entraînement de toute machine nécessitant une force motrice, 20 - le procédé est aussi utilisable en tant que centrale hydraulique fournissant de l'huile sous pression. La présente description n'est pas limitative et constitue seulement un exemple d'exécution de l'invention à laquelle de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir du champ d'application de l'invention ainsi : 25 Pour éviter le rayonnement vers l'extérieur de l'un desdits échangeurs (34) cet échangeur est disposé dans l'autre desdits échangeurs (33). Ladite disposition se fait de manière coaxiale, dans l'une de ses mises en oeuvre. Dans une autre variante, des calories sont amenées de l'extérieur du procédé dans le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un échangeur de température 30 (35). Dans une autre variante, des frigories sont amenées de l'extérieur du procédé dans le circuit hydraulique par l'intermédiaire d'un échangeur de température (36) Dans une autre variante, des calories sont amenées dans le circuit par la dérivation dudit circuit vers une source de chaleur (37). 35 Dans une autre variante, des frigories sont amenées dans le circuit par la dérivation dudit circuit vers une source de froid (38). Dans une autre variante, le procédé peut encore comporter sur l'un ou l'autre de ses circuits des bacs tampon (39) de réserve d'huile ou d'eau, ces bacs peuvent être sous 40 pression ou simplement à la pression atmosphérique. -5- Une variante du présent procédé consiste à séparer la force motrice dégagée par le circuit d'huile en deux fractions, soit une fraction uniquement destinée à l'autarcie énergétique du procédé représentée principalement mais non exclusivement par ladite pompe, et une autre fraction utilisable à volonté et notamment pour actionner un deuxième moteur hydraulique, qui à son tour peut avoir différents usages comme l'entraînement d'une génératrice électrique. Toutes sortes de types de moteurs ou de pompes hydrauliques peuvent être utilisés dans le procédé, comme les pompes à engrenage, les pompes à palettes, les pompes à pistons, les pompes à pistons inclinés, à arbres brisés, dynamiques ou Io volumétriques, peuvent convenir. Les fluides utilisés par le procédé peuvent être de toutes natures, comme des liquides, des pâteux, des visqueux, des produits fondus, des azéotropes, des émulsions, des mousses, des fluides gazéifiés, des gaz liquides, des fluides thixotropes, des solutions, des suspensions, des sels fondus, des métaux fondus. 15 Toutes sortes d'accessoires et d'éléments peuvent être disposés sur, ou dans, les circuits hydrauliques, tels des manomètres, des détendeurs, des surpresseurs, des amortisseurs de pression, des accumulateurs de pression. Plusieurs types de moteurs et de pompes disposés en série ou en parallèle peuvent être utilisés. 20 Une disposition particulière consiste à diriger sur l'entrée (40) d'un échangeur, des calories provenant de toutes sortes de sources de chaleur, comme celles délivrées par une chaudière, un capteur solaire thermique, la monté d'un forage géothermique; L'apport de calories extétrieures introduites dans le présent procédé peut l'être par 25 l'intermédiaire d'un échangeur de température placé sur ledit circuit HP. Ledit fluide interne est constitué par un mélange d'huile soluble et d'eau. Ladite huile soluble est de l'huile de coupe utilisée dans l'industrie pour la lubrification des outils de coupe. La présente invention comporte de nombreux avantages dont: 30 Ledit procédé ainsi agencé a un rendement théorique de 100% selon le deuxième principe de la thermodynamique soit, le rendement de Carnot, Le rendement final du procédé est évidemment plus faible que lesdits 100% du rendement théorique mais présente le grand avantage de ne dépendre exclusivement que des pertes techniques, sachant que lesdites pertes techniques 35 ne dépendent elles-mêmes que des moyens économiques mis en oeuvre pour la fabrication dudit procédé, D'autre part, du fait que le procédé opère à (état liquide sans changement de phase, la taille et donc le coût desdits échangeurs sont très fortement réduits par rapport à 39 des échangeurs de capacité identique mais travaillant en phase gazeuse ou vapeur, -6- Dans les systèmes thermodynamiques classiques, l'énergie rejetée à l'extérieur desdits systèmes est parfois recyclée comme par exemple dans une centrale électrique Diesel , où les gaz d'échappement sont utilisés en aval pour produire de la vapeur destinée à des turbines. On appelle cela la cogénération. Cependant, le gain de rendement ainsi obtenu reste économiquement faible. Le présent procédé présente l'avantage de pouvoir recycler ladite énergie rejetée en la réutilisant dans le procédé lui-même en cycle fermé et ainsi d'être dispensé d'avoir recours à un deuxième système annexe de cogénération avec toutes les pertes et les coûts suplémentaires que cela entraîne. 1 Q Le présent procédé a encore d'autres avantages comme un fonctionnement doux et silencieux, une grande longévité due à l'absence de vibrations ou de fortes températures, une grande polyvalence des types de sources d'énergies utilisables. Différantes manières de réaliser le présent procédé sont encore possible et dont celui-ci : 15 un ensemble d'éléments et de cycles assurent le transfert de l'intégralité de la chaleur rejetée à l'extérieur du présent procédé thermodynamique après la production d'un travail, et à la température dudit rejet, vers ladite source chaude de ce même procédé, ainsi : lesdits éléments sont constitués par deux échangeurs de chaleur (3) et (4) disposés 20 de part et d'autre d'une pompe (1) ainsi que d'un moteur (2) l'un desdits cycles est un cycle thermodynamique original qui concerne un premier fluide dit fluide interne produisant la force motrice du procédé selon l'itinéraire suivant: - départ dudit fluide interne froid à la sortie d'une pompe (1), 25 - entrée dudit fluide interne dans un premier échangeur de chaleur HP (3), - traversée à contre-courant dudit fluide interne dans ledit échangeur (3) provoquant l'élévation de température et de la pression dudit fluide, - sortie dudit fluide interne de cet échangeur (3), - entrée dudit fluide interne dans une chaudière (15), 30 - traversée par ledit fluide interne de cette chaudière (15) provoquant une élévation supplémentaire de sa température et de sa pression, - sortie dudit fluide interne de cette chaudière (15), - entrée dudit fluide interne dans l'entrée d'un moteur (2), - traversée par ledit fluide interne du moteur (2) avec détente, cession de travail et 35 de chaleur, - sortie dudit fluide interne de ce moteur (2) à la pression ambiante et contenant des calorires résiduelles, - entrée dudit fluide interne dans un deuxième échangeur de chaleur BP (4), - traversée par ledit fluide interne à contre-courant de cet échangeur (4) avec la 40 perte complète desdites chaleurs résiduelles, le fluide interne se trouve alors refroidi, - sortie dudit fluide interne de cet échangeur (4), - entrées dudit fluide interne dans ladite pompe (1), - traversée par ledit fluide interne de ladite pompe, provoquant une nouvelle mise 45 sous pression, - nouveau départ dudit fluide interne à la sortie de ladite pompe (1) pour un nouveau cycle identique au précédent et ainsi de suite continuellement. Un autre desdits cycles est un cycle thermodynamique original qui concerne un deuxième fluide dit fluide externe assurant les transferts thermiques dudit procédé 50 selon l'itinéraire suivant: -7- - entrée dudit fluide externe à température ambiante dans un échangeur BP (4) - traversée à contre-courant dudit fluide externe dans ledit échangeur BP (4) provoquant une élévation de la température de ce fluide , - sortie du fluide externe de échangeur BP (4) puis entrée de ce fluide dans ledit 5 échangeur HP(3), - traversée à contre-courant du fluide externe dans ledit échangeur HP(3), provoquant la réstitution de la température précédemment acquise de ce fluide dans ledit échangeur BP (4), la température du fluide interne à la sortie de la pompe (1) est la même que la 1 Q température dudit fluide interne à son rejet dudit moteur (2) et que de ce fait il n'y a aucune perte thermique théorique dans le présent procédé, REVENDICATIONS1) Procédé et système pour la conversion d'un delta de température d'un fluide en une force motrice , opérant par la dilatation d'un fluide et comportant des canalisations, une pompe , un moteur , deux échangeurs de température placé de part et d'autre d'une pompe , une source chaude et une source froide, caractérisé, en ce que ledit procédé comporte les moyens pour convertir une source chaude venant de l'extérieur du procédé en une force motrice, avec un rendement de conversion théorique de 100% et en accord avec le premier et le deuxième principe de la thermodynamique, et en ce que lesdits moyens sont constitués par un ensemble d'éléments et de cycles qui assurent le transfert de l'intégralité de la chaleur rejetée à l'extérieur d'un système thermodynamique après la production d'un travail, et à la température dudit rejet, vers ladite source chaude de ce même cycle, et en ce que lesdits éléments sont constitués par deux échangeurs de chaleur (3) et (4) 15 disposés de part et d'autre d'une pompe (1) ainsi que d'un moteur (2) et en ce que l'un desdits cycles est un cycle thermodynamique original qui concerne un premier fluide dit fluide interne produisant la force motrice du procédé selon l'itinéraire suivant: - départ dudit fluide interne froid à la sortie d'une pompe (1), 20 - entrée dudit fluide interne dans un premier échangeur de chaleur HP (3), - traversée à contre-courant dudit fluide interne dans ledit échangeur (3) provoquant l'élévation de température et de la pression dudit fluide, - sortie dudit fluide interne de cet échangeur (3), - entrée dudit fluide interne dans une chaudière (15), 25 - traversée par ledit fluide interne de cette chaudière (15) provoquant une élévation supplémentaire de sa température et de sa pression, - sortie dudit fluide interne de cette chaudière (15), - entrée dudit fluide interne dans l'entrée d'un moteur (2), - traversée par ledit fluide interne du moteur (2) avec détente, cession de travail et de 30 chaleur, - sortie dudit fluide interne de ce moteur (2) à la pression ambiante et contenant des calorires résiduelles, - entrée dudit fluide interne dans un deuxième échangeur de chaleur BP (4), - traversée par ledit fluide interne à contre-courant de cet échangeur (4) avec la perte 35 complète desdites chaleurs résiduelles, le fluide interne se trouve alors refroidi, - sortie dudit fluide interne de cet échangeur (4), - entrées dudit fluide interne dans ladite pompe (1), - traversée par ledit fluide interne de ladite pompe, provoquant une nouvelle mise sous pression, 30 - nouveau départ dudit fluide interne à la sortie de ladite pompe (1) pour un nouveau 31 cycle identique au précédent et ainsi de suite continuellement, 10 2957389 -9- et en ce un autre desdits cycles est un cycle thermodynamique original qui concerne un deuxième fluide dit fluide externe assurant les transferts thermiques dudit procédé selon l'itinéraire suivant: - entrée dudit fluide externe à température ambiante dans un échangeur BP (4) 5 - traversée à contre-courant dudit fluide externe dans ledit échangeur BP (4) provoquant une élévation de la température de ce fluide , - sortie du fluide externe de échangeur BP (4) puis entrée de ce fluide dans ledit échangeur HP(3), - traversée à contre-courant du fluide externe dans ledit échangeur HP(3), provoquant 10 la réstitution de la température précédemment acquise de ce fluide dans ledit échangeur BP (4), et en ce que la température du fluide interne à la sortie de la pompe (1) est la même que la température dudit fluide interne à son rejet dudit moteur (2) et que de ce fait il n'y a aucune perte thermique théorique du présent procédé, 5 et en ce que le rendement final de la conversion des énergies dudit procédé n'est dû qu'à des pertes techniques , ces dernières étant exclusivement déterminées par les moyens économiques mis en oeuvre pour la fabrication dudit procédé. et en ce que ladite pompe (1) est une pompe hydraulique, et en ce que ledit moteur (2) est un moteur hydraulique à détente, 20 et en ce que ledit procédé consiste à disposer l'un desdits échangeurs (33) autour de l'autre desdits échangeurs (34), et en ce que ladite disposition se fait de manière coaxiale, dans l'une de ses mises en oeuvre, et en ce que l'apport de calories extétrieures introduites dans le présent procédé l'est 25 par l'intermédiaire d'un échangeur (40) de température placé sur ledit circuit HP, et en ce que ledit procédé ainsi agencé opère sans changement de phase, lesdits deux fluides sont des liquides et restent à l'état liquide, 2) Procédé et système selon la revendication 1) caractérisé en ce que ledit fluide interne est constitué par un mélange d'huile soluble et d'eau, 30 et en ce que ladite huile soluble est de l'huile de coupe utilisée dans l'industrie pour la 31 lubrification des outils de coupe.