"Installation de transformation d'énergie calorifique en énergie mécanique".
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de transformation d'énergie calorifique en énergie mécanique comprenant
- un premier circuit fermé pour un fluide, ce circuit comprenant
-- une enceinte pour le fluide en évaporation,
-- une machine-fournissant de l'énergie mécanique à partir de l'expansion du fluide en phase gazeuse,
-- un condenseur et .
-- une pompe ainsi qu'
- un moyen de chauffage de l'enceinte et
- un moyen de refroidissement du condenseur, <EMI ID=2.1>
pérature t2 dans le condenseur.
Des installations de ce genre sont d'application
classique, notamment dans les centrales électriques où la
machine fournissent de l'énergie mécanique à partir de l'expansion
du fluide en phase gazeuse est une turbine entraînant à son
tour un alternateur transformant l'énergie mécanique en énergie électrique. Le fluide utilisé dans ces installations connues
est de l'eau et l'enceinte susdite s'y présente sous forme d'une chaudière chauffée par exemple à partir d'un réacteur nucléaire
ou au moyen de combustibles solides, liquides ou gazeux. Le condenseur y est refroidi par de l'eau tirée d'une rivière ou de la mer et circulant éventuellement à travers une tour de refroidissement.
Ces installations connues sont poluantes et consomment
du combustible coûteux.
L'invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients et de procurer une installation de transformation d'énergie calorifique en énergie mécanique et de là éventuellement en énergie électrique,puisant son énergie calorifique à transformer dans une source d'eau tiède généralement disponible gratuitement dans les centrales électriques et les usines ou même dans l'eau de mer ou dans l'air ambiant.
L'idée inventive est basée sur l'idée que l'eau tiède ou l'air ambiant peut fournir l'énergie requise à l'installation définie ci-dessus à condition que le fluide circulant dans ledit premier circuit est un fluide du genre dit frigorifique et que cette installation soit combinée, sous les conditions énoncées ci-dessous,avec une pompe de chaleur.
A cet effet :
- le moyen de chauffage de l'enceinte est constitué au moins en partie par un condenseur d'une pompe de chaleur,
- le moyen de refroidissement du condenseur est constitué au moins en partie par un évaporateur de cette pompe de chaleur, qui comprend dans un second circuit fermé outre son condenseur et son évaporateur, un compresseur et un détendeur, le circuit de la pompe de chaleur comprenant- un
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et
- au moins un desdits circuits fermés comprend un échangeur de chaleur avec un milieu en dehors des circuits.
Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention l'installation comprend un moyen de réglage de débit dans un conduit reliant l'enceinte à la machine fournissant de l'énergie mécanique à partir de l'expansion de fluide en phase
gazeuse.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention l'installation comprend un compresseur, dit compresseur auxiliaire, dans le conduit reliant la machine fournissant
de l'énergie mécanique àpartir de l'expansion de fluide en phase gazeuse au condenseur du même premier circuit fermé.
Dans une forme de réalisation particulière de l'invention le condenseur et la pompe du premier circuit
sont constitués, au moins en partie, par un ensemble de deux réservoirs disposés en parallèle dans ce circuit, chacun
de ces réservoirs comprenant une vanne d'entrée, une vanne
de sortie et un piston, des moyens de commande et d'entraînement de ces vannes et de ces pistons en sens contraire pour
les deux réservoirs étant prévus.
D'-autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description de deux formes de réalisation d'une installation de transformation d'énergie calorifique
en énergie mécanique suivant l'invention, donnée ci-après à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins ci-annexés.
La figure 1 est une représentation schématique d'une première forme de réalisation d'une installation de transformation d'énergie calorifique en énergie mécanique suivant l'invention. La figure 2 est une représentation schématique d'une variante de l'installation suivant la figure 1.
Dans les deux figures les mêmes notations de référence désignent des éléments identités.
L'installation représentée à la figure 1 consiste en une combinaison d'un premier circuit fermé 9 comprenant les éléments pour la transformation d'énergie calorifique en énergie mécanique et d'un second circuit fermé 17 constituant une pompe de chaleur et comprenant un moyen de chauffage 22 et un moyen de refroidissement 24 de parties du premier circuit. Le premier circuit comprend outre le conduit 5 dans lequel les différents éléments du circuit sont intercalés un réservoir 1, une turbine 4, un compresseur 10, dit compresseur auxiliaire, un serpentin
12, une pompe 13 et un serpentin 14. Ce circuit fermé 9 comprend un fluide frigorifique tel que de l'ammoniac,en phase gazeuse dans une partie du circuit et en phase liquide dans une autre partie du circuit. Comme il résultera de la description donnée <EMI ID=4.1>
de'l'ordre de 25 C[deg.]. Comme il sera également décrit ci-dessous le fluide se trouve à l'intérieur du serpentin 12 à une pression P , par exemple.de l'ordre de 1 bar. A cette pression le fluide
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de l'ordre de - 35 C[deg.].
Dans le réservoir 1 le fluide est porté et maintenu
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moyen de chauffage 22. Ainsi dans la partie inférieure du réservoir 1 le fluide 2 se trouve à l'état liquide, tandis que le restant du volume du réservoir 1 est occupé par le même fluide
à l'état gazeux 3. La partie du conduit 5 qui relie le réservoir
1 à la turbine 4 comprend une vanne de régulation 6 qui permet par conséquent de doser la quantité de fluide en phase gazeuse sortant du réservoir 1.
La turbine 4 permet au fluide en phase gazeuse de se détendre en fournissant de l'énergie mécanique. La détente s'accompage d'une chute de pression et d'un refroidissement du gaz. D'une façon bien connue de l'homme de l'art la turbine 4 entraîne un alternateur 7 par l'intermédiaire d'une transmission mécanique 8. L'énergie mécanique est ainsi de la façon habituelle transformée en énergie électrique. Le gaz détendu dans la turbine 4 est amené par une partie du conduit 5 comprenant le compresseur
10, dit compresseur auxiliaire, dans le serpentin 12 constituant condenseur. Ce serpentin 12 se trouve à l'intérieur d'une chambre isolée 11, dite chambre froide. Cette chambre 11 est refroidie
par l'évaporateur 24 de la pompe de chaleur décrite ci-après. A cause du refroidissement produit le gaz déjà refroidi et détendu dans la turbine 4 se liquéfie dans le serpentin 12. Cette lïquéfaction est aidée par une légère augmentation de la pression provoquée par le compresseur auxiliaire 10, ce qui permet par
la même occasion de régler la température de condensation.
Le processus d'expansion du gaz dans la turbine 4 est réglé
par la vanne de régulation 6 et le processus de condensation <EMI ID=7.1>
dans le serpentin 12 est réglé par la commande du compresseur auxiliaire 10. Cette vanne 6 et cette commande du compresseur 10 sont donc les deux éléments principaux pour le réglage du processus dans le circuit 9.
La pompe 13 intercalée dans le conduit 5
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fluide qui à la sortie du condenseur 12 est en phase liquide. La pompe 13 élève la pression de ce liquide pour le refouler
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réservoir 1 où l'évaporation se produit. Entre la pompe 13
et le réservoir 1 le conduit 5 comprend un serpentin 14 constituant le circuit secondaire d'un échangeur de chaleur
dont l'entrée et la sortie du circuit primaire ont été
indiquées par 15 et. 16. Ce circuit primaire est alimenté
à l'air ambiant s'il est suffisamment chaud 'ou à une source d'eau tiède. Le liquide refoulé par la pompe 13 reste à
l'état liquide pendant son passage dans le circuit secondaire
14 et entre,toujours en état liquide mais réchauffé,dans le réservoir 1.
Le maintien d'une température suffisante dans le réservoir 1 est une condition essentielle pour le fonctionnement du premier circuit 9. Des calories doivent être apportées par le moyen de chauffage 22 au fur et à mesure de la vaporisation du liquide dans le réservoir 1. En effet cette vaporisation
a tendance à faire baisser la température et la pression,
ce qui empêcherait l'alimentation convenable de la turbine 4.
Le maintien d'une température suffisamment basse dans la
chambre froide ll pour que la liquéfaction continue à basse pression dans le serpentin 12 est une autre condition essentielle. En effet, la condensation se produisant dans le serpentin 12
est une source de chaleur dégagée dans la chambre 11,qui doit donc être refroidie par l'évaporateur 24 de la pompe de chaleur. Ces deux conditions essentielles sont réalisées par la pompe
de chaleur du second circuit fermé 17.
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La pompe de chaleur comprend, outre le conduit reliant les différents éléments mentionnés ci-après, ledit serpentin
22 constituant moyen de chauffage du réservoir 1, un détendeur
23, ledit serpentin 24 constituant moyen de refroidissement
de la chambre froide 11, le circuit secondaire 18 d'un échangeur de chaleur et un compresseur 21. Le circuit fermé 17 de la pompe de chaleur comprend un fluide également du genre fluide frigorifique, qui, dans une partie du circuit, et plus particulièrement à la sortie du serpentin 24, est sous forme gazeuse et qui, dans une autre partie du circuit, et plus particulièrement à la sortie du serpentin 22, est sous forme liquide. A l'entrée du détendeur 23 le fluide sous forme liquide
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par le détendeur 23' le fluide reste liquide, mais sa pression
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Dans le serpentin 24, constituant évaporateur, le fluide du circuit 17 passe de l'état liquide à l'état gazeux en absorbant de la chaleur disponible dans la chambre 11 dont la température est portée ou maintenue à une valeur basse,
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régnant dans le condenseur 12.
A la sortie de la chambre froide 11 le gaz provenant
de l'évaporateur 24 passe à travers le circuit secondaire 18
de l'échangeur de chaleur dont l'entrée et la sortie du circuit primaire ont été indiquées par 19 et 20. Ce circuit primaire est alimenté soit en air ambiant si la température en est suffisamment élevée, soit en eau tiède si elle est disponible.
Le fluide du circuit 17 est donc réchauffé dans le serpentin 18 qui alimente le compresseur 21. par ce dernier le gaz réchauffé dans le serpentin 18 mais toujours à basse pression est refoulé sous forme gazeuse mais à haute pression vers le serpentin 22 constituant condenseur. Le fluide sous forme gazeuse dans ce condenseur est à pression P4 et à une température t4. Il se <EMI ID=15.1>
liquéfie dans ce serpentin 22 en cédant sa chaleur de liquéfaction au contenu du réservoir 1. Il est bien entendu
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Il résulte de ce qui précède que l'ensemble des
deux circuits 9 et 17, c'est-à-dire la combinaison du circuit 9 comprenant la turbine avec le circuit 17 constituant pompe
de chaleur, permet de recueillir des calories extérieures à faible température dans les échangeurs de chaleur 14-15-16
et 18-19-20. L'installation ne fait appel à aucun combustible
et l'énergie pour alimenter le compresseur 21, le compresseur auxiliaire 10 et la pompe 13 peut être fournie par l'alternateur
7 entraîné par la turbine 4. Le reste de l'électricité produite par l'alternateur demeure disponible pour un usage en dehors
de l'installation..Cette dernière fournit par conséquent de l'énergie électrique à partir de l'énergie calorique empruntée aux sources extérieures admises en 15 et en 19.
La mise en route de l'installation est réalisée à
partir de la pompe de chaleur dont le compresseur 21 est provisoirement, donc uniquement au démarrage, entraîné à
partir d'une énergie électrique extérieure à l'installation. Quand suite au fonctionnement de la pompe de chaleur la température
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dans le réservoir d'évaporation constituant une enceinte pour le fluide du circuit 9,on peut ouvrir la vanne de régulation 6, ce qui met le circuit 9 contenant la turbine 4 en marche.
L'installation décrite ci-dessus est une pompe d'énergie alimentée en calories à basse température.
L'installation suivant la figure 2 diffère uniquement de l'installation suivant la figure 1 par le remplacement
du serpentin 12 et de la pompe 13 du circuit 9 par l'ensemble décrit ci-dessous.
Dans cette forme de réalisation suivant la figure 2
la partie du conduit 5 qui entre dans la chambre froide 11
y bifurque en deux réservoirs 25 et 26 qui se rejoignent
à leur sortie pour former la continuation du conduit 5.
Chacun de ces réservoirs 25,26 a une vanne d'entrée
27,28, contrôlant l'admission à partir du compresseur auxiliaire
10, et une vanne de sortie 29,30 commandant la sortie vers le serpentin 14 de l'échangeur de chaleur. Chacun de ces réservoirs
25,26 comprend un piston 31,32 dont la tige sort du réservoir.
La tige du piston 32 est munie d'une crémaillère 33 qui s'engrène avec une roue dentée 34 commandée par un moteur non représenté. Un levier 35 transmet le mouvement de la tige du piston 32 à la tige du piston 31. A cet effet l'axe 36 de rotation du levier 35 occupe une position fixe par rapport aux réservoirs 25 et 26. Les extrémités supérieures des tiges des pistons 31 et 32 pivotent
de façon coulissante dans le levier 35, de façon à ce que ces deux tiges puissent maintenir une direction verticale tout en exécutant un mouvement de va-et-vient dans le sens vertical. Un dispositif non représenté à la figure commande le moteur entraînant la roue dentée 34 et les vannes 27, 28, 39 et 30 de façon telle qu'alternativement l'un et l'autre des deux réservoirs 25,26 se remplisse et se vide ensuite de son contenu vers le serpentin 14 de l'échangeur de chaleur. Le moteur entraînant la roue dentée 34 et l'ensemble des deux réservoirs 25 et 26 et de leur jeu de pistons et de vannes jouent dans la forme de réalisation de la figure 2 le rôle du condenseur 12 et de la pompe 13 de la forme de réalisation suivant la figure 1.
Dans la forme de réalisation suivant la figure 1 le liquide 2 se dilatant dans le serpentin 14 de l'échangeur de chaleur exerce d'une manière continue une contrepression sur la pompe 13. La forme de réalisation suivant la figure 2 permet
de neutraliser partiellement la durée de cette contrepression.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes d'exécution décrites ci-avant et que bien
des modifications peuvent y être apportées sans sortir du
cadre de la présente demande de brevet.
C'est ainsi par exemple que la turbine peut être remplacée par une machine à vapeur et en principe par n'importe quelle machine produisant de l'énergie mécanique à partir de <EMI ID=18.1>
l'expansion d'un gaz.
L'alternateur peut être remplacé par un dynamo et
il est également possible d'utiliser la turbine ou la machine
à vapeur directement à un travail mécanique.
L'entraînement de la crémaillère peut être remplacé
par n'importe quel autre dispositif d'entraînement et la combinaison de la pompe et du condenseur du premier circuit
ou l'ensemble des deux réservoirs et de leur piston entraîné peut être remplacé par n'importe quel moyen permettant une condensation suivi d'un refoulement du fluide du premier circuit. Les pistons pourraient aussi être entraînés par un mécanisme pneumatique ou hydraulique.
Le terme "serpentin" utilisé ci-dessus ne comprend
rien de limitatif en ce qui concerne la réalisation technologique des condenseurs ou échangeurs de chaleur. Le terme "serpentin"
ne limite donc pas l'élément en question à une forme géométrique déterminée. Le compresseur auxiliaire du premier circuit n'est pas absolument indispensable.