Brevet FR2978820A1 — publié le 20130208

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 II 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 : 5 15 20 25 30 35 -une chaleur sensible de 2,09 Kj/Kg .0 K avant fusion 273 ° K -une chaleur latente de fusion de 335 Kj/Kg .0 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 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 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 glace prisonnière du vide. Température de fusion de la glace H20 : 0°C soit 273°K Mais il peut être néanmoins d'une autre matière ; engendrant des températures de fusions différentes ; -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 nouveau dispositif (1) selon l'invention exploite l'énergie dont dispose un liquide à I' 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 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. 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 I' 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)1' 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 10 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. 15 -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. 20 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) 25 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 Il 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 (3) d'un fluide, à l'état solide ou sublimation à son apogée comportant : - un premier récipient (2) étanche contenant ledit fluide (3), - un deuxième récipient (1) présentant une entrée par où est introduit un 5 fluide caloporteur et une sortie par où sort ledit fluide caloporteur, l'un parmi le premier récipient (2) ou le deuxième récipient (3) étant contenu dans l'autre récipient (3,2), le dispositif étant caractérisé en ce que l'intérieur dudit premier récipient (2) est soumis à un vide, variable ou absolu. 10 2)Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5,6) pour réaliser ledit vide variable ou absolu. 3)Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit fluide (3) est de la glace à laquelle a été ajouté un élément destiné à abaisser sa chaleur latente de fusion. 15 4)Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit fluide caloporteur est du CO2 ou R744 ou gaz rare ou gaz parfait, ou gaz pur ou mélangé. 5)Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque récipient (2,3) présente un forme sphérique. 20 6)Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif va prendre en givre offrant un calorifugeage naturel. 7)Dispositif selon la des revendication 6, caractérisé en ce qu'il présente une production de glace et par dégivrage dudit calorifuge naturel, une production d'eau. 8)Système de refroidissement (Figs.3 et 4) comportant : 25 -un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, - un évaporateur (19) dont l'entrée est reliée à la sortie du récipient (1), dont la sortie est reliée à l'entrée du deuxième récipient (1). 9)Système de production d'électricité (Figs.2, 5, 6 et 7 à 10) comportant : - un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, 30 -un moyen de réchauffement (19) dont l'entrée est reliée à la sortie du deuxième récipient (1) et qui est destiné à augmenter la température dudit fluide caloporteur, ou de le transformer en vapeur, - une turbine (22) dont l'entrée est reliée à la sortie dudit moyen de réchauffement (19), dont la sortie est reliée à l'entrée du deuxième récipient (1) et 35 qui est destiné à entraîner un générateur (23). 10)Système de production d'électricité (Figs. 2 et 5) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de réchauffement (19) est un échangeur de chaleur 11)Système de production d'électricité (Fig. 6) selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur (19) est un échangeur de chaleur par géothermie. 12)Système de production d'électricité (Figs.7 à 9) selon la revendication 9, 5 caractérisé en ce que le moyen de réchauffement (19) est un réservoir dans lequel est disposé une source de chaleur. 13)Système de production d'électricité (Fig. 10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de réchauffement (19) est un un autre dispositif selon l'une des revendications 1 à 7. 10 14)Système de production d'électricité (Fig. 11) comportant : -un dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le premier récipient (R2) contient le deuxième récipient (R1), - un troisième réservoir (R3) contenant le premier récipient (R2), dans lequel le vide est réalisé et qui est traversé par un serpentin (SI) relié à l'entrée du 15 deuxième récipient (R1), - un quatrième récipient (R4) contenant le troisième récipient (R3) et contenant de la glace, - un cinquième récipient (R5) contenant le quatrième récipient (R4), contenant du néon et une partie du serpentin (Si), 20 -un sixième réservoir (R6) contenant le cinquième récipient (R5) et dans lequel le vide est réalisé, - un septième réservoir (R7) contenant le sixième réservoir (R6) et dans lequel débouchent des capillaires (Cl, C1.2, C1.3, C1.4) reliés à la sortie du deuxième récipient (R1) via un pompe, 25 -un huitième réservoir (R8) contenant le septième réservoir (R7) et contenant de l'hélium, et - une turbine (22) contenue dans ledit sixième réservoir (R6) et dont l'entrée est reliée à une sortie dudit septième réservoir (R7), dont la sortie est reliée au serpentin (Si) et qui est destiné à entraîner un générateur (23). 30 15)Système de production d'électricité (Fig. 12) comportant : - un dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier récipient (R2) contient le deuxième récipient (R1), - un troisième réservoir (R3) contenant le premier récipient (R2), dans lequel le vide est réalisé et qui est traversé par un serpentin (Si) relié à l'entrée du 35 deuxième récipient (R1), - un quatrième récipient (R4) contenant le troisième récipient (R3) et contenant de la glace,-un cinquième récipient (R5) contenant le quatrième récipient (R4), contenant du néon et une partie du serpentin (SI), - un sixième réservoir (R6) contenant le cinquième récipient (R5) et dans lequel le vide est réalisé, -un septième réservoir (R7) contenant le sixième réservoir (R6), dans lequel débouchent des capillaires (C1.1, C1.2) reliés à la sortie du deuxième réservoir (R1) via une pompe, dont une sortie est reliée audit serpentin (Si), - un huitième réservoir (R8) contenant le septième réservoir (R7) et dans lequel débouchent des capillaires (C2.1, C2.2) reliés à la sortie du deuxième récipient 10 (R1) via ladite pompe, et - une turbine (22) contenue dans ledit réservoir sixième (R6) et dont l'entrée est reliée à une sortie dudit huitième réservoir (R8), dont la sortie est reliée au serpentin (Si) et qui est destiné à entraîner un générateur (23).