Brevet FR2961303A1 — publié le 20111216

La présente invention concerne un dispositif pour l'exploitation : des fluides frigorigènes, gaz parfaits, gaz rares, gaz pure ou mélangés, ou liquide caloporteur par convection (phénomène de Watt et gravité). L'exploitation d'un fluide frigorigène est traditionnellement effectuée à l'aide d'un compresseur motorisé qui aspire ses vapeurs, et les refoules dans un condenseur ou échangeur, qui les refroidies afin de liquéfier le fluide. Le circuit fluidique typique d'exploitation d'un fluide frigorigène est composé d'un compresseur, d'un condenseur, d'un évaporateur ou 10 échangeurs de chaleur. Certains de ces compresseurs utilisent plus ou moins d'huile qui lubrifie son mécanisme, l'huile ce mêle au fluide frigorigène ce qui amoindri ses performances thermodynamiques, l'huile pollue tout le circuit et encrasse l'ensemble de l'installation. 15 Cela peut nécessiter : -des manipulations fréquentes sur le circuit fluidique pouvant occasionner des fuites du fluide frigorigène et des compléments de charge, compliquées par les fluides à glissement tel que le R409A. -un calorifugeage de la tuyauterie. 20 -des pièges à huiles, un séparateur d'huile, des filtres et vidanges. -un remplacement du fluide frigorigène dans certains cas et donc beaucoup de déchets. -des maintenances mécaniques périodiques, dû à l'usure, des risques de casses ; du compresseur ou du moteur et une consommation 25 élevée d'électricité pour son fonctionnement. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients : L'exploitation d'un caloporteur par cette invention permet de supprimer le compresseur : il ne nécessite pas d'huile, ni de moteur électrique. 30 Il est composé au minimum de deux récipients éprouvés et étanches l'un contenant l'autre ; l'un contenant le caloporteur sous pression, l'autre le liquide a l'état solide sous dépression proche du vide absolu ; Par définition un glaçon d'eau d' un kilogramme a une énergie définie uniquement sous atmosphère terrestre ; soit sous pression de 35 1,013 Bar relatif ou 2,013 Bars absolu. Soit : -une chaleur sensible de 2,09 Kj/Kg .°K avant fusion 273° K -une chaleur latente de fusion de 335 Kj/Kg .°K de 273 °à 274°K La chaleur latente de fusion d'un glaçon peut être abaissée par l'ajout d'un sel, ou d'un antigel. Le glaçon (3) peut également être chimiquement modifié. Du polyacrylate de sodium peut être additionner afin de pré solidifier le liquide avant qu' il soit gelé. La matière composant la glace (3) peut être contenue dans une poche ou sac hermétique, semi hermétique ou autre récipient plus ou moins 10 étanche. Poche silicone par exemple. La glace (3) selon sa matière et le fluide frigorigène qu'on lui associe pour l'exploiter, et par un tirage au vide poussé à l' extrême sublime en énergie exponentielle, définissant ainsi le point de saturation ou apogée de cette nouvelle énergie crée ; qui dépend du 15 mariage "glace \ fluide frigorigène" réalisée. On parlera donc de fusion au vide dans ces cas extrêmes et la pompe a vide (6) peut être définitivement supprimée ainsi que toute commande agissant sur le récipient (2). Cette énergie utilise donc les chaleurs latentes et sensibles de la 20 glace prisonnière du vide. Température de fusion de la glace H2O : 0 °C soit 273°K Mais il peut être néanmoins d'une autre matière ; engendrant des températures de fusions différentes ; 25 30 Le nouveau dispositif (1) selon l'invention exploite l'énergie dont dispose un liquide à l' état solide (3) par un fluide frigorigène, pour cela la glace(3) est confinée dans un récipient éprouvé et étanche (2) dénommé bouteille à vide (2) dans lequel règne le vide, dans le 35 meilleur des cas le vide sidéral ; soit 0 Bar absolu. Cette bouteille a vide (2) est elle-même contenue dans un récipient éprouvé et étanche (1) qui contient lui-même le fluide frigorigène. -Glaçon d' Hélium : -272,2°C soit 0,8°K -Glaçon d' Hydrogène : -259,2°C soit 12,8°K -Glaçon de Néon : -249°C soit 24°K -Glaçon d' Oxygène : -219°C soit 54°K -Glaçon d' Azote : -210°C soit 63°K -Autres glaçons: température variable selon la formule chimique qui le défini Le dispositif selon l'invention engendre donc une nouvelle énergie indéfinie dans le vide, puisqu'elle n'a jamais été exploitée en réunissant les conditions d' exploitation sus exposées qui caractérise le dispositif ; Cette nouvelle énergie est exploitable grâce au vide qui l'emprisonne : pression de 1 à 0 BAR absolu. L' énergie disponible du glaçon (3), dépends directement de sa taille et de sa matière ; il aura donc une température variable de travail en fonction de sa fusion utile. On peut contrôler le vide dans le récipient (2) par un vaccuostat (10) et une électrovanne normalement fermée (5) et si besoin activer soit : -une pompe a vide ou turbo-pompe a vide (6) : pour une demande de plus d'énergie. -une électrovanne (5) : pour une demande de moins d'énergie. La pompe à vide est commandée par le vaccuostat (10) et le 15 thermostat (11), elle maintient ainsi la température du glaçon nécessaire à conserver son état énergétique. Le récipient (1) contient le fluide frigorigène et fait office de réservoir, il contient la bouteille a vide (2) qui abrite le glaçon lui même pouvant être contenu dans une poche silicone. 20 A l'arrêt le dispositif (1) est capable de recevoir la totalité de la charge en fluide frigorigène ; il peut être de dimensions, de formes variables ; sphérique étant la meilleur configuration énergétique. Les dimensions du récipient (1) peuvent néanmoins être réduites par l'insertion d'un réservoir sur le circuit au point (9), tout en respectant 25 les astreintes sus exposées. Son épaisseur dépend de sa matière de fabrication et de la pression de sécurité; propriété applicable sur l' ensemble du circuit. Le dispositif (1) ; contient le récipient (2) : ses dimensions, sa forme (sphérique étant la meilleur configuration énergétique) ; varient 30 selon le type de fluide frigorigène utilisé, qui dépendent de la taille et de la matière du glaçon qu'il contient, et de sa température de fusion utile. Dans le cosmos : La pompe à vide (6) peut être supprimée et il faut si besoin la 35 remplacer par une électrovanne normalement fermée tuyautée au point (4) commandée par le thermostat (13) : pour la demande de moins d' énergie. Le vaccuostat (10) et le thermostat (11) commandent dans ce cas exceptionnel l'électrovanne (5) : pour la demande de plus d'énergie. Les soupapes de sécurité (14) ne sont plus à l'atmosphère aussi elles doivent être tuyautées jusqu'au point (15).L' absence de gravité peut nécessiter l'ajout d'une pompe si la convection n'offre pas assez de puissance. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe le dispositif de l'invention. La figure 2 représente en coupe en format dessin industriel une variante de ce dispositif en exploitation par du R744, offrant refroidissement et production d'électricité. Les figures 3 et 4 représentent en coupe en format dessin industriel des variantes de ce dispositif en exploitation par du R744, exclusivement réservé au refroidissement et sans production d'électricité. La figure 5 représente en coupe en format dessin industriel une variante de ce dispositif en exploitation par du R744, offrant refroidissement et production d'électricité. La figure 6 représente en coupe en format dessin industriel une 20 variante de ce dispositif en exploitation par du R744, offrant la production d'électricité par géothermie. Les figure 7 et 8 représentent en coupe en format dessin industriel des variantes de ce dispositif en exploitation par du R744, exclusivement pour la production d'électricité. 25 La figure 9 représente en coupe en format dessin industriel une variante de ce dispositif en exploitation par du R744, offrant refroidissement et production d'électricité. La figure 10 représente en coupe en format dessin industriel une variante de ce dispositif en exploitation par du R744, exclusivement 30 pour la production d'électricité. En référence à ces dessins, pour facilité la prise en glace (3) il faut charger le dispositif (1) et tirer au vide la bouteille à vide (2) la température au point (4) la plus chaude sur le circuit en fonctionnement normal est de - 10° C soit 263°K. 35 Donc le dispositif selon l'invention va prendre en givre ce qui constitue un calorifugeage naturel puisque la glace est un trés bon isolant et limite ainsi l'influence de la température ambiante, ce qui contribue et optimise le bon fonctionnement de l'ensemble. De part sa forme sphérique le dispositif selon l'invention profite du phénomène igloo qui lui attribut une excellente isolation thermique et des propriétés physiques remarquables et plus d'échanges thermiques entre la glace confinée (3) et le milieu extérieur. Autre impact direct de cette température de - 10°C, une contribution au refroidissement climatique. Les vapeurs surchauffées CO2 à - 10°C soit 26,487 Bars absolus pénètrent par le point (4) dans le récipient (1) en inox, éprouvé à 50 Bars, sécurisé par une soupape de sécurité (14) tarée à 45 Bars absolus. Ces vapeurs surchauffées sont refroidies par : -contact avec le récipient (2) contenant le glaçon d'H20 à - 35°C, que l'on a salé afin d' obtenir sa fusion à - 25°C. -par le détendeur (7) commandé par le thermostat (12) Suite à ce refroidissement jusqu' a - 27°C, les vapeurs du CO2 deviennent liquide pour sa distribution; celle-ci est commandée par une électrovanne normalement ouverte (16) sous influence de la gravité et peut être optimisée par une pompe si besoin. Le CO2 arrive ensuite au détendeur (17) commandé par le thermostat (18) afin d'alimenter l' échangeur de chaleur (19) ou il est réchauffe et sort de l'échangeur au point (20) à l' état vapeur à - 15°C. Ces vapeurs passent par un diaphragme de débit maxi (21) calibré à 34,7 Bars absolus, puis ces vapeurs entraînent la turbine (22) couplée à un générateur (23) qui produit de l'électricité (24). A la sortie de la turbine (22) les vapeurs surchauffées à -10°C soit 263°K retournent au dispositif de l'invention (1) et repartent ainsi pour un cycle ; inertique dans le meilleur des cas. Le clapet anti-retour (8) assure un maintient du vide à l'arrêt de la 30 pompe à vide et lors du tirage au vide. L'échangeur de chaleur (19) est sécurisé par une soupape de sécurité (25) tarée à 36 Bars absolus. La vanne de décharge (26) est réglée à 22,9 Bars absolus et assure sa fonction lorsque l' électrovanne (16) et le détendeur (17) 35 sont fermés simultanément, ou si la sécurité (25) s'est déclenchée. Les soupapes de sécurité doivent être connectées à un klaxon afin d'alerter lorsqu'elles se déclenchent. Les figures 11 et 12 représentent en coupe en format dessin industriel des variantes miniaturisées de ce dispositif en exploitation par du R744, circuit offrant exclusivement une production d'électricité. Energie produite grâce aux chaleurs des glaçons contenus dans les bouteilles a vide (2 températures différentes de chaleur de fusion de la glace et figure 12 = 2 températures d'évaporations). Nécessite des charges précises, et des glaçons étalonnés Schéma ayant 8 réservoirs éprouvés et étanches distincts, contenus les uns dans les autres (comme les poupées russes). Figure 11: Le Réservoir 1 contient le fluide frigorigène R744 à l'état liquide R2 contient le glaçon n 01 ; fusion à 0°C R3 contient le vide absolu ainsi que le Serpentin 1 ou sont refroidis les vapeurs R744. R4 contient le glaçon n°2 ; fusion à -27°C R5 contient une charge précise de Néon ainsi que le Serpentin 1 partie 2 qui refroidi le R744. R6 contient le vide absolu R7 contient les vapeurs du R744 et fait office d'évaporateur. L'évaporation ce produit grâce à 4 Capillaires (Cl, C1.2, C1.3 et C1.4) R8 contient une charge précise d'Hélium. Figure 12 : Le RI contient du R744 à l'état liquide R2 contient le glaçon n 01 ; fusion à 0°C R3 contient le vide absolu et le SI ou est refroidi le R744 R4 contient le glaçon n°2 fusion à -27°C R5 contient une charge précise de Néon ainsi que le Serpentin 1 partie 2 qui refroidi le R744. R6 contient le vide absolu R7 contient les vapeurs du R744 et fait office de ter évaporateur. L'évaporation ce produit grâce à 2 Capillaires (Cl et C1.2) -10°C. R8 contient les vapeurs du R744 et fait office de 2ème évaporateur. L'évaporation ce produit grâce à 2 Capillaires (C2 et C2.2) 25°C. REVENDICATIONS1)Dispositif pour l'exploitation de l'énergie d'un fluide (3) à l'état solide ; ou sublimation à son apogée, caractérisé en ce qu' il est composé d' un récipient éprouvé et étanche (1) recevant le fluide caloporteur, l'énergie exploitable (3) est confinée dans un récipient (2) éprouvé et étanche où règne un vide variable ou absolu. Le récipient (2) étant contenu dans le récipient (1). (et inversement si le récipient (1) contenait l'énergie, il contiendrait également le récipient (2) contenant le fluide caloporteur . Chaque récipient remplissant sa fonction sera muni de ses accessoires qui le régulent conformément au descriptif de fonctionnement) 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que cette énergie est exploitée par convection (phénomène de Watt et gravité) sur terre ; seulement phénomène de Watt dans le cosmos. 3) Dispositif selon la revendication 1 ou revendication 2 caractérisé en ce que le mariage réalisé : fluide (3) \fluide frigorigène : permets des puissances et des températures de travails variables. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce quel' appareil (1) réalisé peut être insérer sur un circuit fluidique existant afin de l'optimiser, ou remplacer un compresseur, un condenseur, un échangeur de chaleur. 5) Dispositif selon les revendications précédentes que l'appareil (1) permet la disponibilité d'un fluide frigorigène à l'état liquide permettant l'élaboration d'une installation remplissant au choix la fonction de: réfrigérateur, congélateur, surgélateur, échangeur thermique, pompe à chaleur, centrale de production d'électricité, et miniaturisée ; une batterie ou une pile électrique très longue vie (rechargeable par refroidissement si besoin ; par mise au congélateur /surgélateur). 6) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'appareil (1) contient du CO2 ou fluide frigorigène R744. 7) Dispositif selon toutes revendications précédentes caractérisé en ce que l'appareil (1) prendra en glace offrant un calorifugeage naturel, peut être complémenté par un calorifugeage connu afin de protéger l'ensemble d'une température ambiante excessive nuisible affectant le fonctionnement. 8) Dispositif selon toutes revendications précédentes caractérisé en ce que l'énergie confinée est exploitable grâce a tout type de fluide frigorigène, gaz parfait, gaz rare, gaz pure ou mélangé, ou liquide caloporteur. 9) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'appareil (1) permet la production d'électricité par la turbine (22) couplée a un générateur (23). l'électricité produite peut être complémenté par un réseau électrique et fournisseur existant, par pile ou tout autre appareil connu a ce jour produisant de l'électricité, par exemple des panneaux photovoltaïques. 10)Dispositif selon la revendication 9 caractérise en ce que la turbine (22) couplée à un générateur (23) peuvent être insérés sur une installation existante pour offrir une production d'électricité (24).