EP0014630A1 - Thermodynamic engine and its use as a motor or as a refrigerating machine - Google Patents

Thermodynamic engine and its use as a motor or as a refrigerating machine Download PDF

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EP0014630A1
EP0014630A1 EP80400127A EP80400127A EP0014630A1 EP 0014630 A1 EP0014630 A1 EP 0014630A1 EP 80400127 A EP80400127 A EP 80400127A EP 80400127 A EP80400127 A EP 80400127A EP 0014630 A1 EP0014630 A1 EP 0014630A1
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EP
European Patent Office
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circuit
fluid
exchanger
working
machine according
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Withdrawn
Application number
EP80400127A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Philippe Clavier
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Original Assignee
Individual
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether

Definitions

  • the invention relates to a thermodynamic machine with a fluid working circuit working in the liquid-vapor phase between a hot source which may be only the atmosphere and a cold source created, according to a new design, using the machine itself, of purely thermal operating principle based on the borrowing of calories from the atmosphere which can be, if necessary, increased by exploiting solar energy or by external combustion of additional supply, which leads to eliminate or reduce the consumption of chemical energy as well as the usual resulting pollution in applications of engine or refrigeration machines in particular.
  • thermodynamic machine comprising a fluid working circuit working in the liquid-vapor phase between a hot source and a cold source, comprising a motor for using the gaseous expansion of the fluid interposed between the hot source and the cold source each comprising an exchanger, and means for forced circulation of the fluid in the working circuit driven from said operating motor, is characterized in that it is associated with said working circuit a refrigerating circuit with refrigerant working in liquid-vapor phase to create a cold source cooperating with the cold source exchanger of the working circuit, while the hot source exchanger of the working circuit, cooperating with a medium possibly being only the atmosphere or of a higher temperature than the latter, said refrigeration circuit comprising means for forced circulation of the refrigerant also driven from said operating motor.
  • the invention also extends to a particular embodiment of the refrigeration circuit, while the choice of fluids in the two circuits also conditions its optimization as will be seen below.
  • the working circuit of the machine object of figure 1 comprises an exchanger 1 constituting the cold source of this circuit and in which the working fluid is intended to be liquefied.
  • This exchanger 1 is disposed in an enclosure 2 constituting the cold source of a refrigeration circuit which will be described later.
  • the working circuit includes another exchanger 3 forming an evaporator and cooperating with the atmosphere.
  • a valve 4 followed by a pump 5 intended to pump the liquefied fluid in order to inject it under a certain pressure into the exchanger 3.
  • a storage tank 6 of pressurized gaseous fluid Between the exchanger 3 and the exchanger 1 are successively disposed a storage tank 6 of pressurized gaseous fluid, a valve 7, a turbine 8 constituting the operating motor and a pressure regulator 9 opening directly into the exchanger 1.
  • the turbine 8 is used in particular to drive the pump 5. Initially the valves 4 and 7 are closed and the circuit is loaded with gaseous ethylene under pressure in its part including the pump 5, the exchanger 3 and the storage tank 6.
  • the cold source being considered as established, the operation of the machine, for which the valves 4 and 7 are put in the open position, takes place in the working circuit according to the cycle object of the temperature-pressure diagram of FIG. 2, the temperature T y being expressed in degrees Kelvin and the pressure P in bars.
  • This cycle is established by way of example for ethylene (C 2 H 4 ) chosen as working fluid among other possible, and for a maximum pressure of 30 bars in the flask, from which the possible excess can be derived.
  • this pipe 11 may include a non-return valve preventing any discharge to the turbine when the valve 7 is closed.
  • a to B is shown the expansion phase considered adiabatic of ethylene admitted into the turbine 8 from the storage tank 6 until it passes through the regulator 9, at the outlet of which it relaxes along the portion BC of its liquefaction curve L, entering the cold source exchanger 1, where it will be entirely liquefied according to CD and brought to D at a temperature lower than that of its liquefaction temperature under the prevailing residual pressure, which is the temperature corresponding to point C.
  • This temperature in D depends of course on the temperature reached in the enclosure 2 of cold source and the. diagram of figure 2 is established here for a cold source obtained by using Xenon under 1 bar, which corresponds to a temperature of 165 ⁇ k.
  • the ethylene thus liquefied is then discharged by the pump 5 under a certain pressure in the exchanger 1, this rise in pressure corresponding to the phase DE of the diagram.
  • the liquefied ethylene is then heated by the calories captured from the atmosphere by the exchanger, and its temperature in liquid phase rises according to the illustrated phase from E to F, while from this last point F placed on the liquefaction curve L, the ethylene is vaporized in the exchanger 1 and here considered to be heated to constant volume according to the illustrated phase from F to A, where we find our at the initial point A of the cycle corresponding to the state of the ethylene gas in the storage tank 6 (a constant pressure heating diagram would pass through D, E1, A, the practical diagram being established between the two).
  • valve 7 is closed first and the liquid ethylene present in the exchanger 1 is exhausted using the pump 5, towards the exchanger 3 and ball 6, where the ethy lene remains stored in the gas phase, after closing the valve 4.
  • This reconditioning of the circuit is provided with the use of external energy to drive the pump 5 due to the shutdown of the turbine 8, the time required for simple volumetric pumping of the quantity of liquid ethylene present in the exchanger 1, so that after a predetermined timed actuation of the pump 5 the valve 4 can be closed and the working circuit returned to the initial starting condition.
  • This external energy can be taken outside the machine or taken from storage means associated with the latter and charged by taking from the work of the turbine (such as accumulator batteries supplying an electric motor for driving the pump). An energy balance of such a cycle will be explained later on after the description of the refrigeration circuit creating the cold source.
  • the refrigeration circuit of the machine object of FIG. 3, with refrigerant working in liquid-vapor phase comprises a storage tank 12 of gaseous fluid under pressure which is connected by a conduit 13 provided with a valve 14 to a regulator 15 opening in enclosure 2 of cold source.
  • the vapor phase of the latter is sucked in via a pipe 16 and a compressor 17, which recompresses it to pass it through a valve 18 and a pipe 19 through a heat exchanger 20 disposed in the enclosure 2 and the outlet duct 21 of which opens into the latter via a pressure reducer 22.
  • a conduit 23 connecting the valve 18 to the storage tank 12 are also arranged a compressor 24 followed by an exchanger 25 immersed in the atmosphere.
  • this refrigeration circuit is described below using the temperature-pressure diagram in FIG. 4, corresponding to the use of Xenon as a refrigerant, assuming that initially the valve 14 is closed, the valve 18 is in position I, and that the Xenon in the gaseous state is stored under a pressure of approximately 10 bars, at atmospheric temperature of approximately 290 ⁇ K, in the balloon 12, in fact in the part of circuit between the valves 18 and 14 including the exchanger 25 and the tank 12.
  • the gaseous Xenon of the balloon 12 reaches the regulator 15 where it relaxes along the portion of adiabatic A, Bx followed by the portion BxCx of its liquefaction curve L, which here corresponds roughly to a liquefaction at 50% (ratio of A1 Cx on the ordinate of A1) the residual gas phase being pumped into enclosure 2 by the compressor 17 which recompresses it according to CxDx, by sending it to the exchanger 20 where it is here considered to be cooled to constant volume along the portion of curve DxBx in the diagram, before being expanded again in the expander 22 along the portion BxCx of the liquefaction curve L, where it is then still liquefied to about 50% (cooling at constant pressure would pass the diagram through DxB1, BxCx, the practical diagram being established between the two).
  • the valve 18 is passed to position II for connection of the compressor 17 on the additional compressor 24 which compresses the gaseous phase of the Xenon up to 'upon exhaustion of its liquid phase in the enclosure 2, by heating it along the portion of adiabatic CxDxE of Figure 4, while it is then cooled in the exchanger 25 to accumulate in the tank 12 to the ambient temperature according to the portion of curve EA returning to the starting point of the cycle, the valve 18 being brought back to position 1 at the end of this phase to maintain the portion of circuit including the tank 12 and between valves 18 and 14 in gas phase under pressure.
  • This reconditioning of the refrigeration circuit is also provided with the use of external energy to drive the compressors 17 and 24 due to the shutdown of the turbine 8, until, for example, the pressure in the source enclosure 2 cold has fallen to a value corresponding to the absence of liquid Xenon. This energy can be taken as indicated during the presentation of reconditioning of the working circuit.
  • the useful work from A to B is given by the formula: with Y adiabatic exponent equal to (ratio of mass heat at constant pressure and volume), T o the temperature corresponding to P o at A and p the pressure at B. Since ⁇ . can vary between 1.1 and 1.7, it is preferable to choose a fluid with small ⁇ .
  • Ethylene for example, has an ⁇ of 1.255 in the region of the pressures and temperatures involved, corresponding to a C v of 8.5 cal / mole.
  • the useful work is done with a residual pressure of 4 bars, and if the ambient temperature is 290 ⁇ K, the useful work will be of the order of 700 (calories / mole).
  • the work necessary to compress ethylene is given by: with at in bars from D to E the molecular mass in grams the density in grams / cm 3 .
  • ethylene is half liquefied and its heat of vaporization is 3,250 (cal / mole), it will be necessary to give, to liquefy the ethylene completely, 1,625 (cal / mole d 'ethylene) at the cold source.
  • the flow rate in moles of the cold source should therefore be approximately 1.4 moles of Xenon per mole of C 2 H 4 .
  • the work of the compressor 17 of the cold source will therefore be 448 cal / mole of C 2 H 4 .
  • valves of the two circuits being in the off position, to fill each circuit with corresponding gas under pressure by means of the valves 26 and 27 respectively provided on balloon 6 and balloon 12, then put the valves in the machine operating position.
  • the machine can be restarted after stop reconditioning according to the procedures already set out.
  • thermodynamic machine it is therefore possible with a thermodynamic machine according to the invention to create a refrigerating machine, or a motor, or a combination of the two, without using energy other than that taken from the atmosphere and while having working pressures which can be easily between 20 and 40 bars in particular.
  • the cold source part of the two circuits will of course be carefully insulated to avoid losses in its place.
  • the cold source enclosure 2 In use as a refrigerating machine, the cold source enclosure 2 will constitute at least part of itself the role of the usual evaporator in a refrigerating machine.
  • the engine of use is not necessarily a turbine but can also be a piston engine with distribution by usual valves, mono or polycylindrical for example, with intake manifold receiving the fluid under pressure from balloon 6 and manifold exhaust connected to the regulator 9 of the working circuit.
  • the ⁇ vary by 1.1 (C p 20 cal / mole) to 1.7 (Cp 5 cal / mole).
  • Xenon is all the better as its heat of vaporization is 3,000 cal / mole.
  • the vaporization temperature of the fluid in the working circuit must be higher than that of the fluid in the cold source circuit, this being to be taken into account given that the smallest pressure in the two circuits has not need to be the same. So that one can relatively increase the vaporization temperature of the working fluid by keeping it under a certain pressure above the atmosphere. We lose part of it liquefaction, so that the cold source must be able to recover more heat.
  • FIG. 6 An example has been given in FIG. 6 of an entropy diagram for the two fluid circuits, with ethylene in the working circuit and with Xenon in the refrigeration circuit, this diagram making it possible to assess the efficiency which can be expected from a such machine.
  • the band "Ambient temperature" Ta shows when the possible auxiliary hot source must intervene which will heat the gas from this ambient temperature to the temperature corresponding to A.
  • the segment (Cx-Cx) corresponds to the evaporation of Xenon in the cold source
  • the segment (Cx-Dx) corresponds to the compression of the gaseous Xenon
  • the segment (Dx-Bx) corresponds to cooling
  • the segment (Bx-Cx) corresponds to the expansion along the liquefaction curve.
  • Useful work is represented by the area (A, B, C, D, E, F, F, A) minus the work required by the refrigerant circuit, i.e. the hatched area (Dx, Bx, Cx, Cx, Dx) , while Carnot's performance would be the theoretical efficiency of the engine is only: 16.3%.

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Abstract

Thermodynamic machine with a fluid work circuit working in the liquid/vapour phase between a hot source (3) and a cold source (2), comprising a motor (8) for utilising the gas expansion of the fluid interposed between the hot source (3) and the cold source (2), each comprising an exchanger, and means (5) for the forced circulation of the fluid in the work circuit, which are driven from the said utilising motor (8), characterised in that the said work circuit has associated with it a refrigerating circuit with refrigerant fluid working in the liquid/vapour phase in order to produce a cold source (2) interacting with the cold-source exchanger (1) of the work circuit, whilst the hot-source exchanger (3) of the work circuit interacts with a medium which need only be the atmosphere or which can be of a temperature higher than the latter, the said refrigerating circuit comprising means for the forced circulation of the refrigerant fluid which are likewise driven from the said utilising motor. <IMAGE>

Description

L'invention se rapporte à une machine thermodynamique à circuit de travail à fluide travaillant en phase liquide-vapeur entre une source chaude qui peut n'être que l'atmosphère et une source froide créée, suivant une conception nouvelle, à l'aide de la machine elle-même, de principe de fonctionnement purement thermique reposant sur l'emprunt de calories à l'atmosphère pouvant être, le cas échéant, augmenté en exploitant l'énergie solaire ou par une combustion externe d'apport additionnel, ce qui conduit à éliminer ou réduire la consommation d'énergie chimique ainsi que la pollution résultante habituelle dans des applications de machines motrices ou frigorifiques notamment.The invention relates to a thermodynamic machine with a fluid working circuit working in the liquid-vapor phase between a hot source which may be only the atmosphere and a cold source created, according to a new design, using the machine itself, of purely thermal operating principle based on the borrowing of calories from the atmosphere which can be, if necessary, increased by exploiting solar energy or by external combustion of additional supply, which leads to eliminate or reduce the consumption of chemical energy as well as the usual resulting pollution in applications of engine or refrigeration machines in particular.

Essentiellement, à cet effet, la machine thermodynamique selon l'invention, comprenant un circuit de travail à fluide travaillant en phase liquide-vapeur entre une source chaude et une source froide, comportant un moteur d'utilisation de la détente gazeuse du fluide intercalé entre la source chaude et la source froide comprenant chacune un échangeur, et des moyens de circulation forcée du fluide dans le circuit de travail entrainés à partir dudit moteur d'utilisation, est caractérisée en ce qu'il est associé audit circuit de travail un circuit frigorifique à fluide frigorigène travaillant en phase liquide-vapeur pour créer une source froide coopérant avec l'échangeur de source froide du circuit de travail, tandis que l'échangeur de source chaude du circuit de travail, coopère avec un milieu pouvant n'être que l'atmosphère ou de température plus élevée que cette dernière, ledit circuit frigorifique comprenant des moyens de circulation forcée du fluide frigorigène également entraînés à partir dudit moteur d'utilisation.Essentially, for this purpose, the thermodynamic machine according to the invention, comprising a fluid working circuit working in the liquid-vapor phase between a hot source and a cold source, comprising a motor for using the gaseous expansion of the fluid interposed between the hot source and the cold source each comprising an exchanger, and means for forced circulation of the fluid in the working circuit driven from said operating motor, is characterized in that it is associated with said working circuit a refrigerating circuit with refrigerant working in liquid-vapor phase to create a cold source cooperating with the cold source exchanger of the working circuit, while the hot source exchanger of the working circuit, cooperating with a medium possibly being only the atmosphere or of a higher temperature than the latter, said refrigeration circuit comprising means for forced circulation of the refrigerant also driven from said operating motor.

L'invention s'étend également à un mode de réalisation particulier du circuit frigorifique, tandis que le choix des fluides dans les deux circuits conditionne aussi son optimalisation ainsi qu'on le verra plus loin.The invention also extends to a particular embodiment of the refrigeration circuit, while the choice of fluids in the two circuits also conditions its optimization as will be seen below.

Une forme de réalisation d'une machine thermodynamique selon l'invention est d'ailleurs ci-après décrite, à titre d'exemple, et en référence au dessin annexé, dans lequel :

  • - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de travail de la machine thermodynamique selon l'invention ;
  • - la figure 2 est un diagramme température-pression de l'évolution du fluide du circuit de travail au cours d'un cycle complet ;
  • - la figure 3 est une vue schématique d'un circuit frigorifique de la machine thermodynamique selon l'invention ;
  • - la figure 4 est un diagramme température-pression de l'évolution du fluide frigorigène au cours d'un cycle complet ;
  • - la figure 5 est un diagramme partiel illustratif d'une variante du cycle du circuit de travail ;
  • - la figure 6 est un diagramme entropique des cycles du circuit de travail et du circuit frigorifique illustratif du rendement d'une machine thermodynamique selon l'invention.
An embodiment of a thermodynamic machine according to the invention is moreover described below, by way of example, and with reference to the appended drawing, in which:
  • - Figure 1 is a schematic view of a working circuit of the thermodynamic machine according to the invention;
  • - Figure 2 is a temperature-pressure diagram of the evolution of the working circuit fluid during a complete cycle;
  • - Figure 3 is a schematic view of a refrigeration circuit of the thermodynamic machine according to the invention;
  • - Figure 4 is a temperature-pressure diagram of the evolution of the refrigerant during a complete cycle;
  • - Figure 5 is a partial illustrative diagram of a variant of the working circuit cycle;
  • - Figure 6 is an entropy diagram of the cycles of the working circuit and the refrigeration circuit illustrating the efficiency of a thermodynamic machine according to the invention.

Le circuit de travail de la machine objet de la figure 1 comprend un échangeur 1 constituant source froide de ce circuit et dans lequel le fluide de travail est destiné à être liquéfié. Cet échangeur 1 est disposé dans une enceinte 2 constituant la source froide d'un circuit frigorifique qui sera décrit plus loin.The working circuit of the machine object of figure 1 comprises an exchanger 1 constituting the cold source of this circuit and in which the working fluid is intended to be liquefied. This exchanger 1 is disposed in an enclosure 2 constituting the cold source of a refrigeration circuit which will be described later.

Le circuit de travail comprend un autre échangeur 3 formant évaporateur et coopérant avec l'atmosphère.The working circuit includes another exchanger 3 forming an evaporator and cooperating with the atmosphere.

Entre l'échangeur 1 et l'échangeur 3 sont disposées une vanne 4 suivie d'une pompe 5 destinée à pomper le fluide liquéfié pour l'injecter sous une certaine pression dans l'échangeur 3.Between the exchanger 1 and the exchanger 3 are arranged a valve 4 followed by a pump 5 intended to pump the liquefied fluid in order to inject it under a certain pressure into the exchanger 3.

Entre l'échangeur 3 et l'échangeur 1 sont disposés successivement un ballon accumulateur 6 de fluide gazeux sous pression, une vanne 7, une turbine 8 constituant moteur d'utilisation et un détendeur 9 débouchant directement dans l'échangeur 1. La turbine 8 sert notamment à entrainer la pompe 5. Initialement les vannes 4 et 7 sont fermées et le circuit est chargé en éthylène gazeux sous pression dans sa partie incluant la pompe 5, l'échangeur 3 et le ballon accumulateur 6.Between the exchanger 3 and the exchanger 1 are successively disposed a storage tank 6 of pressurized gaseous fluid, a valve 7, a turbine 8 constituting the operating motor and a pressure regulator 9 opening directly into the exchanger 1. The turbine 8 is used in particular to drive the pump 5. Initially the valves 4 and 7 are closed and the circuit is loaded with gaseous ethylene under pressure in its part including the pump 5, the exchanger 3 and the storage tank 6.

La source froide étant considérée comme établie, le fonctionnement de la machine, pour lequel les vannes 4 et 7 sont mises en position d'ouverture, se déroule dans le circuit de travail suivant le cycle objet du diagramme température-pression de la figure 2, la température T y étant exprimée en degrés Kelvin et la pression P en bars. Ce cycle est établi à titre d'exemple pour l'éthylène (C2H4) choisi comme fluide de travail parmi d'autres possibles, et pour une pression maximale de 30 bars dans le ballon, dont l'excès éventuel peut être dérivé par la voie d'une soupape de décharge 10 sur la conduite 11 intercalée entre turbine 8 et détendeur 9, cette conduite 11 pouvant comporter un clapet de non-retour interdisant toute décharge vers la turbine lorsque la vanne 7 est fermée.The cold source being considered as established, the operation of the machine, for which the valves 4 and 7 are put in the open position, takes place in the working circuit according to the cycle object of the temperature-pressure diagram of FIG. 2, the temperature T y being expressed in degrees Kelvin and the pressure P in bars. This cycle is established by way of example for ethylene (C 2 H 4 ) chosen as working fluid among other possible, and for a maximum pressure of 30 bars in the flask, from which the possible excess can be derived. by means of a discharge valve 10 on the pipe 11 interposed between turbine 8 and regulator 9, this pipe 11 may include a non-return valve preventing any discharge to the turbine when the valve 7 is closed.

On a représenté de A à B la phase de détente considérée adiabatique de l'éthylène admis dans la turbine 8 à partir du ballon accumulateur 6 jusqu'à son passage dans le détendeur 9, à la sortie duquel il se détend suivant la portion BC de sa courbe de liquéfaction L, en pénétrant dans l'échangeur 1 de source froide, où il va se trouver entièrement liquéfié suivant CD et amené en D à une température plus basse que celle de sa température de liquéfaction sous la pression résiduelle régnante, qui est la température correspondant au point C.A to B is shown the expansion phase considered adiabatic of ethylene admitted into the turbine 8 from the storage tank 6 until it passes through the regulator 9, at the outlet of which it relaxes along the portion BC of its liquefaction curve L, entering the cold source exchanger 1, where it will be entirely liquefied according to CD and brought to D at a temperature lower than that of its liquefaction temperature under the prevailing residual pressure, which is the temperature corresponding to point C.

Cette température en D dépend bien entendu de la température atteinte dans l'enceinte 2 de source froide et le. diagramme de la figure 2 est ici établi pour une source froide obtenue en se servant de Xénon sous 1 bar, ce qui correspond à une température de 165·k.This temperature in D depends of course on the temperature reached in the enclosure 2 of cold source and the. diagram of figure 2 is established here for a cold source obtained by using Xenon under 1 bar, which corresponds to a temperature of 165 · k.

L'éthylène ainsi liquéfié est ensuite refoulé par la pompe 5 sous une certaine pression dans l'échangeur 1, cette montée en pression correspondant à la phase DE du diagramme. Dans l'échangeur 1, l'éthylène liquéfié est alors échauffé par les calories captées sur l'atmosphère par l'échangeur, et sa température en phase liquide s'élève suivant la phase illustrée de E à F, tandis qu'à partir de ce dernier point F placé sur la courbe de liquéfaction L, l'éthylène se trouve vaporisé dans l'échangeur 1 et ici considéré échauffé à volume constant suivant la phase illustrée de F à A, ou l'on se retrouve au point initial A du cycle correspondant à l'état de l'éthylène gazeux dans le ballon accumulateur 6 (un diagramme à échauffement à pression constante passerait par D, E1, A, le diagramme pratique s'établissant entre les deux).The ethylene thus liquefied is then discharged by the pump 5 under a certain pressure in the exchanger 1, this rise in pressure corresponding to the phase DE of the diagram. In exchanger 1, the liquefied ethylene is then heated by the calories captured from the atmosphere by the exchanger, and its temperature in liquid phase rises according to the illustrated phase from E to F, while from this last point F placed on the liquefaction curve L, the ethylene is vaporized in the exchanger 1 and here considered to be heated to constant volume according to the illustrated phase from F to A, where we find ourselves at the initial point A of the cycle corresponding to the state of the ethylene gas in the storage tank 6 (a constant pressure heating diagram would pass through D, E1, A, the practical diagram being established between the two).

Pour arrêter le fonctionnement du circuit de travail on ferme d'abord la vanne 7 et l'on refoule jusqu'à épuisement l'éthylène liquide présent dans l'échangeur 1 à l'aide de la pompe 5, vers l'échangeur 3 et le ballon 6, où l'éthylène reste stocké en phase gazeuse, après fermeture de la vanne 4. Ce reconditionnement du circuit est prévu avec recours à une énergie extérieure pour entraîner la pompe 5 en raison de l'arrêt de la turbine 8, le temps nécessaire au simple pompage volumétrique de la quantité d'éthylène liquide présente dans l'échangeur 1, de sorte qu'après un actionnement temporisé prédéterminé de la pompe 5 la vanne 4 peut être refermée et le circuit de travail replacé en condition initiale de démarrage.To stop the operation of the working circuit, the valve 7 is closed first and the liquid ethylene present in the exchanger 1 is exhausted using the pump 5, towards the exchanger 3 and ball 6, where the ethy lene remains stored in the gas phase, after closing the valve 4. This reconditioning of the circuit is provided with the use of external energy to drive the pump 5 due to the shutdown of the turbine 8, the time required for simple volumetric pumping of the quantity of liquid ethylene present in the exchanger 1, so that after a predetermined timed actuation of the pump 5 the valve 4 can be closed and the working circuit returned to the initial starting condition.

Cette énergie extérieure peut être prise en dehors de la machine ou prélevée sur des moyens de stockage associés à celle-ci et chargés par prélèvement sur le travail de la turbine (tels que des batteries d'accumulateurs alimentant un moteur électrique d'entratnement de la pompe). Un bilan énergétique d'un tel cycle sera exposé plus loin après la description du circuit frigorifique créateur de la source froide.This external energy can be taken outside the machine or taken from storage means associated with the latter and charged by taking from the work of the turbine (such as accumulator batteries supplying an electric motor for driving the pump). An energy balance of such a cycle will be explained later on after the description of the refrigeration circuit creating the cold source.

Le circuit frigorifique de la machine objet de la figure 3, à fluide frigorigène travaillant en phase liquide-vapeur, comprend un ballon accumulateur 12 de fluide gazeux sous pression qui est relié par un conduit 13 pourvu d'une vanne 14 à un détendeur 15 débouchant dans l'enceinte 2 de source froide.The refrigeration circuit of the machine object of FIG. 3, with refrigerant working in liquid-vapor phase, comprises a storage tank 12 of gaseous fluid under pressure which is connected by a conduit 13 provided with a valve 14 to a regulator 15 opening in enclosure 2 of cold source.

La phase vapeur de cette dernière est aspirée par l'intermédiaire d'un conduit 16 et d'un compresseur 17, qui la recomprime pour la faire passer, par la voie d'une vanne 18 et d'un conduit 19 au travers d'un échangeur 20 disposé dans l'enceinte 2 et dont le conduit de sortie 21 débouche dans cette dernière par un détendeur 22.The vapor phase of the latter is sucked in via a pipe 16 and a compressor 17, which recompresses it to pass it through a valve 18 and a pipe 19 through a heat exchanger 20 disposed in the enclosure 2 and the outlet duct 21 of which opens into the latter via a pressure reducer 22.

Sur un conduit 23 reliant la vanne 18 au ballon accumulateur 12 sont également disposés un compresseur 24 suivi d'un échangeur 25 baignant dans l'atmosphère.On a conduit 23 connecting the valve 18 to the storage tank 12 are also arranged a compressor 24 followed by an exchanger 25 immersed in the atmosphere.

La vanne 18 est une vanne de sélection à deux positions comprenant :

  • - une position I de mise en communication du compresseur 17 avec le conduit 19 vers l'échangeur 20 (celle représentée au dessin),
  • - et une position II de mise en communication du compresseur 17 avec le conduit 23 vers le compresseur complémentaire 24 (celle obtenue par une rotation indiquée par la flèche F au dessin).
The valve 18 is a two-position selection valve comprising:
  • a position I for placing the compressor 17 in communication with the duct 19 towards the exchanger 20 (that shown in the drawing),
  • - And a position II of communication of the compressor 17 with the duct 23 to the additional compressor 24 (that obtained by a rotation indicated by the arrow F in the drawing).

Le fonctionnement de ce circuit frigorifique est ci-après décrit à l'aide du diagramme température-pression de la figure 4, correspondant à l'utilisation du Xénon comme fluide frigorigène, étant supposé qu'initialement la vanne 14 est fermée, la vanne 18 est en position I, et que le Xénon à l'état gazeux est stocké sous une pression d'environ 10 bars, à la température atmosphérique d'environ 290·K, dans le ballon 12, en fait dans la partie de circuit comprise entre les vannes 18 et 14 incluant l'échangeur 25 et le ballon 12.The operation of this refrigeration circuit is described below using the temperature-pressure diagram in FIG. 4, corresponding to the use of Xenon as a refrigerant, assuming that initially the valve 14 is closed, the valve 18 is in position I, and that the Xenon in the gaseous state is stored under a pressure of approximately 10 bars, at atmospheric temperature of approximately 290 · K, in the balloon 12, in fact in the part of circuit between the valves 18 and 14 including the exchanger 25 and the tank 12.

En ouvrant la vanne 14, le Xénon gazeux du ballon 12 parvient au détendeur 15 où il se détend suivant la portion d'adiabatique A, Bx suivie de la portion BxCx de sa courbe L de liquéfaction, qui correspond ici à peu près à une liquéfaction à 50 % (rapport de A1 Cx sur ordonnée de A1) la phase gazeuse résiduelle étant pompée dans l'enceinte 2 par le compresseur 17 qui la recomprime suivant CxDx, en l'envoyant dans l'échangeur 20 où elle est ici considérée refroidie à volume constant suivant la portion de courbe DxBx du diagramme, avant d'être détendue de nouveau dans le détendeur 22 suivant la portion BxCx de la courbe de liquéfaction L, où elle se trouve alors encore liquéfiée à environ 50 % (un refroidissement à pression constante ferait passer le diagramme par DxB1, BxCx, le diagramme pratique s'établissant entre les deux).By opening the valve 14, the gaseous Xenon of the balloon 12 reaches the regulator 15 where it relaxes along the portion of adiabatic A, Bx followed by the portion BxCx of its liquefaction curve L, which here corresponds roughly to a liquefaction at 50% (ratio of A1 Cx on the ordinate of A1) the residual gas phase being pumped into enclosure 2 by the compressor 17 which recompresses it according to CxDx, by sending it to the exchanger 20 where it is here considered to be cooled to constant volume along the portion of curve DxBx in the diagram, before being expanded again in the expander 22 along the portion BxCx of the liquefaction curve L, where it is then still liquefied to about 50% (cooling at constant pressure would pass the diagram through DxB1, BxCx, the practical diagram being established between the two).

Ce fonctionnement se poursuit ainsi selon le cycle BxCxDx avec influx de phase gazeuse provenant du ballon 12 selon le cycle ABxCxDxBxCx jusqu'à ce que l'on ferme la vanne 14 pour ne plus laisser subsister que le cycle BxCxDx entretenu par l'entrainement du compresseur 17.This operation thus continues according to the BxCxDx cycle with gas phase influx coming from the tank 12 according to the ABxCxDxBxCx cycle until the valve 14 is closed so that only the BxCxDx cycle maintained by the compressor drive remains. 17.

Pour arrêter avec le fonctionnement de la machine, circuit de travail compris comme déjà exposé, le fonctionnement du circuit frigorifique, on fait passer la vanne 18 en position II de branchement du compresseur 17 sur le compresseur complémentaire 24 qui comprime la phase gazeuse du Xénon jusqu'à épuisement de sa phase liquide dans l'enceinte 2, en l'échauffant suivant la portion d'adiabatique CxDxE de la figure 4, tandis qu'elle est ensuite refroidie dans l'échangeur 25 pour s'accumuler dans le ballon 12 à la température ambiante suivant la.portion de courbe EA ramenant au point de départ du cycle, la vanne 18 étant ramenée en position 1 à la fin de cette phase pour maintenir la portion de circuit incluant le ballon 12 et comprise entre vannes 18 et 14 en phase gazeuse sous pression.To stop with the operation of the machine, working circuit understood as already explained, the operation of the refrigeration circuit, the valve 18 is passed to position II for connection of the compressor 17 on the additional compressor 24 which compresses the gaseous phase of the Xenon up to 'upon exhaustion of its liquid phase in the enclosure 2, by heating it along the portion of adiabatic CxDxE of Figure 4, while it is then cooled in the exchanger 25 to accumulate in the tank 12 to the ambient temperature according to the portion of curve EA returning to the starting point of the cycle, the valve 18 being brought back to position 1 at the end of this phase to maintain the portion of circuit including the tank 12 and between valves 18 and 14 in gas phase under pressure.

Ce reconditionnement du circuit frigorifique est prévu aussi avec recours à une énergie extérieure pour entrainer les compresseurs 17 et 24 en raison de l'arrêt de la turbine 8, jusqu'à ce que, par exemple, la pression dans l'enceinte 2 de source froide soit tombée à une valeur correspondant à l'absence de Xénon liquide. Cette énergie peut être prise comme indiqué à l'occasion de l'exposé de reconditionnement du circuit de travail.This reconditioning of the refrigeration circuit is also provided with the use of external energy to drive the compressors 17 and 24 due to the shutdown of the turbine 8, until, for example, the pressure in the source enclosure 2 cold has fallen to a value corresponding to the absence of liquid Xenon. This energy can be taken as indicated during the presentation of reconditioning of the working circuit.

Un bilan énergétique des deux circuits peut être établi comme suit :An energy balance of the two circuits can be established as follows:

Dans le diagramme de la figure 2, le travail utile de A à B est donné par la formule :

Figure imgb0001
avec Y exposant adiabatique égal à
Figure imgb0002
(rapport des cha- leurs massiques à pression et volume constants), To la température correspondant à Po en A et p la pression en B. Puisque α .peut varier entre 1,1 et 1,7, il est préférable de choisir un fluide à petit α. L'éthylène, par exemple, a un α de 1,255 dans la zone des pressions et température mises en jeu, correspondant à un Cv de 8,5 cal/ mole.In the diagram of figure 2, the useful work from A to B is given by the formula:
Figure imgb0001
with Y adiabatic exponent equal to
Figure imgb0002
(ratio of mass heat at constant pressure and volume), T o the temperature corresponding to P o at A and p the pressure at B. Since α. can vary between 1.1 and 1.7, it is preferable to choose a fluid with small α. Ethylene, for example, has an α of 1.255 in the region of the pressures and temperatures involved, corresponding to a C v of 8.5 cal / mole.

Si l'on choisit que le travail utile se fasse avec une pression résiduelle de 4 bars, et si la température ambiante est de 290·K, le travail utile sera de l'ordre de 700 (calories/mole).If it is chosen that the useful work is done with a residual pressure of 4 bars, and if the ambient temperature is 290 · K, the useful work will be of the order of 700 (calories / mole).

(Il est évidemment aussi donné par :

Figure imgb0003
avec ΔT la différence de température entre A et B)(It is obviously also given by:
Figure imgb0003
with ΔT the temperature difference between A and B)

Il faut retrancher de cela, le travail nécessaire pour comprimer l'éthylène et le travail nécessaire pour maintenir la source froide.We must subtract from this, the work necessary to compress the ethylene and the work necessary to maintain the cold source.

Le travail nécessaire pour comprimer l'éthylène est donné par :

Figure imgb0004
avec à en bars de D à E la masse moléculaire en grammes la densité en grammes/cm3.The work necessary to compress ethylene is given by:
Figure imgb0004
with at in bars from D to E the molecular mass in grams the density in grams / cm 3 .

Comme la masse moléculaire de C2H4 est 28 et que la densité du liquide est estimée à 0,756 g/cm3, on obtient :

Figure imgb0005
As the molecular mass of C 2 H 4 is 28 and the density of the liquid is estimated at 0.756 g / cm 3 , we obtain:
Figure imgb0005

Beaucoup plus important est le travail nécessaire pour entretenir la source froide dont le cycle est donné à la figure 4 dans le cas du Xénon.Much more important is the work necessary to maintain the cold source whose cycle is given in Figure 4 in the case of Xenon.

Comme le Y du Xénon est d'au moins 1,6 les adiabatiques gazeuses sont données par :

Figure imgb0006
As the Y of Xenon is at least 1.6 the gaseous adiabatics are given by:
Figure imgb0006

Si l'on emploie le cycle BxCxDx seulement 50 % du Xénon se trouve liquéfié. Comme la chaleur de vaporisation du Xénon est 3 000 calories par mole, la source froide peut récupérer 1 500 calories par mole de Xénon sans changer de température. Pour obtenir ces 1 500 calories, il a fallu réfrigérer le Xénon de Dx à Bx ce qui a coûté 288 cal/mole (C est au plus de 3,31).If the BxCxDx cycle is used only 50% of the Xenon is liquefied. As the heat of vaporization of Xenon is 3,000 calories per mole, the cold source can recover 1,500 calories per mole of Xenon without changing the temperature. To obtain these 1,500 calories, it was necessary to refrigerate the Xenon from Dx to Bx which cost 288 cal / mole (C is at most 3.31).

Comme l'on obtient ces calories de la source froide, il ne reste de disponible que 1 212 (calories/mole).As these calories are obtained from the cold source, only 1,212 (calories / mole) remains available.

Il a fallu aussi comprimer le gaz de Cx à Dx ce qui demande 320 cal/mole de Xénon.It was also necessary to compress the gas from Cx to Dx which requires 320 cal / mole of Xenon.

Comme dans le cycle de l'éthylène, l'éthylène est à moitié liquéfié et que sa chaleur de vaporisation est de 3 250 (cal/mole), il faudra donner, pour liquéfier l'éthylène totalement, 1 625 (cal/mole d'éthylène) à la source froide.As in the ethylene cycle, ethylene is half liquefied and its heat of vaporization is 3,250 (cal / mole), it will be necessary to give, to liquefy the ethylene completely, 1,625 (cal / mole d 'ethylene) at the cold source.

Le débit en moles de la source froide devra donc être approximativement de 1,4 mole de Xénon par mole de C2H4. Le travail du compresseur 17 de la source froide sera donc de 448 cal/mole de C 2H4.The flow rate in moles of the cold source should therefore be approximately 1.4 moles of Xenon per mole of C 2 H 4 . The work of the compressor 17 of the cold source will therefore be 448 cal / mole of C 2 H 4 .

Chaque mole de C2H4 produisant 700 calories de travail, mais cette production demandant (448 + 30 - 478) calories de travail, le travail net utile sera donc approximativement de 220 calories par mole de C2H4.Each mole of C 2 H 4 producing 700 working calories, but this production requiring (448 + 30 - 478) working calories, the useful net work will therefore be approximate 220 calories per mole of C 2 H 4 .

Pour la première mise en marche de la machine, il peut suffire, les vannes des deux circuits étant en position d'arrêt, de procéder au remplissage de chaque circuit en gaz correspondant sous pression par l'intermédiaire des valves 26 et 27 respectivement prévues sur le ballon 6 et le ballon 12, puis, de mettre les vannes en position de marche de la machine.For the first start-up of the machine, it may suffice, the valves of the two circuits being in the off position, to fill each circuit with corresponding gas under pressure by means of the valves 26 and 27 respectively provided on balloon 6 and balloon 12, then put the valves in the machine operating position.

Ensuite, la machine peut être remise en marche après reconditionnement d'arrêt suivant les procédures déjà exposées.Then, the machine can be restarted after stop reconditioning according to the procedures already set out.

Il est donc possible avec une machine thermodynamique selon l'invention de créer une machine frigorifique, ou un moteur, ou une combinaison des deux, sans utilisation d'énergie autre que celle prélevée sur l'atmosphère et tout en disposant de pressions de travail pouvant être aisément comprises entre 20 et 40 bars notamment.It is therefore possible with a thermodynamic machine according to the invention to create a refrigerating machine, or a motor, or a combination of the two, without using energy other than that taken from the atmosphere and while having working pressures which can be easily between 20 and 40 bars in particular.

Dans une utilisation comme moteur, la partie source froide des deux circuits sera bien entendu soigneusement calorifugée pour éviter les pertes à son endroit.In use as a motor, the cold source part of the two circuits will of course be carefully insulated to avoid losses in its place.

Dans une utilisation comme machine frigorifique, l'enceinte 2 de source froide constituera pour partie d'elle-même au moins le rôle d'évaporateur usuel dans une machine frigorifique.In use as a refrigerating machine, the cold source enclosure 2 will constitute at least part of itself the role of the usual evaporator in a refrigerating machine.

Bien entendu, le moteur d'utilisation n'est pas forcément une turbine mais peut aussi être un moteur à piston à distribution par soupapes usuelle, mono ou polycylindrique par exemple, avec collecteur d'admission recevant le fluide sous pression du ballon 6 et collecteur d'échappement relié au détendeur 9 du circuit de travail.Of course, the engine of use is not necessarily a turbine but can also be a piston engine with distribution by usual valves, mono or polycylindrical for example, with intake manifold receiving the fluid under pressure from balloon 6 and manifold exhaust connected to the regulator 9 of the working circuit.

L'optimalisation d'une telle machine conduit aux considérations suivantes :The optimization of such a machine leads to consider following rations:

Pour le circuit de travail, on aura avantage à se servir d'un fluide ayant une chaleur de vaporisation faible avec un α faible, comme déjà indiqué.For the working circuit, it will be advantageous to use a fluid having a low heat of vaporization with a low α, as already indicated.

Pour le circuit de la source froide on aura intérêt au contraire à se servir d'un fluide ayant une chaleur de vaporisation forte avec α fort.On the contrary, for the cold source circuit, it would be advantageous to use a fluid having a strong heat of vaporization with strong α.

En particulier si l'on veut minimiser la dépense d'énergie mécanique W dans le compresseur 17, il faut choisir un gaz dont le rapport γ=

Figure imgb0007
soit élevé, ce qui revient à un Cp petit.In particular if one wants to minimize the expenditure of mechanical energy W in the compressor 17, it is necessary to choose a gas whose ratio γ =
Figure imgb0007
is high, which amounts to a small C p .

Les α varient de 1,1 (Cp

Figure imgb0008
20 cal/mole) à 1,7 (Cp
Figure imgb0009
5 cal/mole).The α vary by 1.1 (C p
Figure imgb0008
20 cal / mole) to 1.7 (Cp
Figure imgb0009
5 cal / mole).

Une telle variation a un effet considérable sur W.Such a variation has a considerable effect on W.

De ce point de vue, la famille Argon, Néon, Xénon, Krypton est intéressante puisque ces gaz ont des α compris entre 1, 6 et 1,7.From this point of view, the Argon, Neon, Xenon, Krypton family is interesting since these gases have α between 1, 6 and 1.7.

Le Xénon est d'autant meilleur que sa chaleur de vaporisation est de 3 000 cal/mole.Xenon is all the better as its heat of vaporization is 3,000 cal / mole.

Il faut d'autre part que la température de vaporisation du fluide du circuit de travail soit plus élevée que celle du fluide du circuit source froide, cela étant à prendre compte-tenu que la pression la plus petite dans les deux circuits n'a pas besoin d'être la même. Si bien que l'on peut augmenter relativement la température de vaporisation du fluide de travail en le maintenant sous une certaine pression au-dessus de l'atmosphère. On y perd une partie de la liquéfaction, si bien que la source froide devra pouvoir récupérer plus de chaleur.On the other hand, the vaporization temperature of the fluid in the working circuit must be higher than that of the fluid in the cold source circuit, this being to be taken into account given that the smallest pressure in the two circuits has not need to be the same. So that one can relatively increase the vaporization temperature of the working fluid by keeping it under a certain pressure above the atmosphere. We lose part of it liquefaction, so that the cold source must be able to recover more heat.

On aurait aussi intérêt à augmenter la pression la plus basse du circuit source froide pour que le volume nécessaire à ce circuit soit minimisé. Mais ceci va à l'encontre du désir précédent.It would also be beneficial to increase the lowest pressure of the cold source circuit so that the volume required for this circuit is minimized. But this goes against the previous desire.

Dans le cas d'utilisation principal de la machine comme moteur, on aurait intérêt à augmenter la différence de température entre B et A (figure 2) mais ceci n'est possible qu'en choisissant B plus près de C, c'est-à-dire en diminuant le pourcentage de fluide actif liquéfié en C, tant que la température ambiante reste être voisine de 300'K.In the main use of the machine as a motor, it would be beneficial to increase the temperature difference between B and A (figure 2) but this is only possible by choosing B closer to C, ie by decreasing the percentage of active fluid liquefied at C, as long as the ambient temperature remains close to 300 ° K.

Dans le cas d'utilisation de la machine comme machine frigorifique, on aura intérêt à adopter pour le circuit de travail un diagramme tel que la turbine 8 ne produise que le travail nécessaire à l'entraînement de la pompe 5 et du compresseur 17, et au stockage éventuel d'énergie de reconditionnement, et dans lequel le point B sera choisi en position aussi élevée que possible sur la courbe de liquéfaction, compte-tenu de la pression maximale choisie en A.In the case of using the machine as a refrigerating machine, it will be advantageous to adopt a diagram for the working circuit such that the turbine 8 produces only the work necessary for driving the pump 5 and the compressor 17, and possible storage of reconditioning energy, and in which point B will be chosen as high as possible on the liquefaction curve, taking into account the maximum pressure chosen in A.

Mais on peut aussi faire appel à une source chaude à température plus élevée que celle de l'atmosphère, notamment par application ou concentration d'énergie solaire, par combustion externe ou récupération d'une chaleur quelconque, appliquées à l'échangeur 1 du circuit de travail ou à un échangeur supplémentaire intercalé entre ce dernier et le ballon accumulateur 6, pour travailler notamment à température plus élevée.But it is also possible to use a hot source at a temperature higher than that of the atmosphere, in particular by application or concentration of solar energy, by external combustion or recovery of any heat, applied to the exchanger 1 of the circuit. work or an additional exchanger interposed between the latter and the storage tank 6, to work in particular at higher temperature.

Comme les pompes à liquide actuelles conviennent pour travailler à des pressions bien supérieures à celles précédemment indiquées, il sera préférable de modifier alors le cycle de travail illustré à la figure 2 comme indiqué à la figure 5, quant à la partie supérieure du diagramme, les nouveaux points de celui-ci étant désignés par les mêmes lettres de référence affectées de l'indice "prime", et les droites T et T' correspondant respectivement à la température ambiante et à la température plus élevée considérée de la source chaude.As the current liquid pumps are suitable for working at pressures much higher than those previously indicated, it will be preferable to modify then the work cycle illustrated in FIG. 2 as indicated in FIG. 5, as for the upper part of the diagram, the new points of this being designated by the same reference letters assigned the index "prime", and the lines T and T 'corresponding respectively to the ambient temperature and to the higher temperature considered of the hot source.

On voit sur ce diagramme que l'on comprime alors l'éthylène liquide de E à E'.We see on this diagram that we then compress the liquid ethylene from E to E '.

Sans cette surcompression, qui coûte peu de travail, la courbe partant du niveau EF et passant par A aboutirait à A", tandis qu'avec elle la courbe passant par le niveau E'F' aboutira à A', qui peut notamment être choisi de façon à se trouver plus haut sur la même adiabatique que celle passant par A, c'est-à-dire sans modifier le point B de la figure 2, choisi en fonction des considérations précédemment exposées.Without this overcompression, which costs little work, the curve starting from the level EF and passing through A would lead to A ", while with it the curve passing through the level E'F 'will lead to A', which can in particular be chosen so as to be higher on the same adiabatic as that passing through A, that is to say without modifying point B of FIG. 2, chosen according to the considerations previously exposed.

On a donné en exemple à la figure 6 un diagramme entropique pour les deux circuits de fluide, à éthylène dans le circuit de travail et à Xénon dans le circuit frigorifique, ce diagramme permettant d'apprécier le rendement qu'on peut escompter d'une telle machine.An example has been given in FIG. 6 of an entropy diagram for the two fluid circuits, with ethylene in the working circuit and with Xenon in the refrigeration circuit, this diagram making it possible to assess the efficiency which can be expected from a such machine.

Dans ce diagramme, (T,S) pour les deux fluides (C 2H4 et Xénon) (figure 6), le cycle de l'éthylène est le cycle (A, B, C, D, E, F, F, A) tandis que le cycle du Xénon est le cycle (Dx, Bx, Cx, Cx, Dx).

  • AB est la détente utile de l'éthylène.
  • BC correspond à la détente le long de la courbe de liquéfaction.
  • CD correspond au refroidissement de l'éthylène de sa température de liquéfaction à celle du Xénon.
  • DE correspond au pompage de l'éthylène liquide.
  • EF correspond au réchauffement de ce liquide.
  • FF correspond à sa vaporisation.
  • FA correspond au réchauffement du gaz.
In this diagram, (T, S) for the two fluids (C 2 H 4 and Xenon) (Figure 6), the ethylene cycle is the cycle (A, B, C, D, E, F, F, A) while the Xenon cycle is the cycle (Dx, Bx, Cx, Cx, Dx).
  • AB is the useful expansion of ethylene.
  • BC corresponds to the expansion along the liquefaction curve.
  • CD corresponds to the cooling of ethylene from its liquefaction temperature to that of Xenon.
  • DE corresponds to the pumping of liquid ethylene.
  • EF corresponds to the heating of this liquid.
  • FF corresponds to its vaporization.
  • FA corresponds to the heating of the gas.

La bande "Température ambiante" Ta montre quand doit intervenir la source chaude auxiliaire éventuelle qui réchauffera le gaz de cette température ambiante jusqu'à la température correspondant à A.The band "Ambient temperature" Ta shows when the possible auxiliary hot source must intervene which will heat the gas from this ambient temperature to the temperature corresponding to A.

Pour le cycle du Xénon, le segment (Cx-Cx) correspond à l'évaporation du Xénon dans la source froide, le segment (Cx-Dx) correspond à la compression du Xénon gazeux, le segment (Dx-Bx) correspond au refroidissement, le segment (Bx-Cx) correspond à la détente le long de la courbe de liquéfaction.For the Xenon cycle, the segment (Cx-Cx) corresponds to the evaporation of Xenon in the cold source, the segment (Cx-Dx) corresponds to the compression of the gaseous Xenon, the segment (Dx-Bx) corresponds to cooling , the segment (Bx-Cx) corresponds to the expansion along the liquefaction curve.

Les cycles sont donnés pour 1 mole d'éthylène donc pour 1,4 mole de Xénon et c'est pourquoi les échanges de chaleur simulés par (D-C) et (Cx-Cx) sont égaux.The cycles are given for 1 mole of ethylene therefore for 1.4 mole of Xenon and this is why the heat exchanges simulated by (D-C) and (Cx-Cx) are equal.

Le travail utile est représenté par l'aire (A, B, C, D, E, F, F, A) diminuée du travail demandé par le circuit réfrigérant, soit la zone hachurée (Dx, Bx, Cx, Cx, Dx), alors que le rendement de Carnot serait

Figure imgb0010
le rendement théorique du moteur n'est que de : 16,3 %.Useful work is represented by the area (A, B, C, D, E, F, F, A) minus the work required by the refrigerant circuit, i.e. the hatched area (Dx, Bx, Cx, Cx, Dx) , while Carnot's performance would be
Figure imgb0010
the theoretical efficiency of the engine is only: 16.3%.

Mais la totalité ou une grande partie de la chaleur est donnée par l'air ambiant qui ne coûte rien.But all or a large part of the heat is given by the ambient air which costs nothing.

Bien entendu, divers modes de réalisation peuvent être envisagés pour les deux circuits de travail et frigorifiques associés constitutifs de la machine selon l'invention, sans pour autant sortir du domaine de cette dernière.Of course, various embodiments can be envisaged for the two working and associated refrigeration circuits constituting the machine according to the invention, without however departing from the field of the latter.

Claims (13)

1.- Machine thermodynamique à circuit de travail à fluide travaillant en phase liquide-vapeur entre une source chaude et une source froide, comportant un moteur d'utilisation de la détente gazeuse du fluide intercalé entre la source chaude et la source froide comprenant chacune un échangeur, et des moyens de circulation forcée du fluide dans le circuit de travail entraînés à partir dudit moteur d'utilisation, caractérisée en ce qu'il est associé audit circuit de travail un circuit frigorifique à fluide frigorigène travaillant en phase liquide-vapeur pour créer une source froide coopérant avec l'échangeur de source froide du circuit de travail, tandis que l'échangeur de source chaude du circuit de travail coopère avec un milieu pouvant n'être que l'atmosphère ou de température plus élevée que cette dernière, ledit circuit frigorifique comprenant des moyens de circulation forcée du fluide frigorigène également entral- nés à partir dudit moteur d'utilisation.1.- Thermodynamic machine with fluid working circuit working in the liquid-vapor phase between a hot source and a cold source, comprising a motor for using the gaseous expansion of the fluid interposed between the hot source and the cold source each comprising a exchanger, and means for forced circulation of the fluid in the working circuit driven from said operating motor, characterized in that it is associated with said working circuit a refrigerant circuit with refrigerant working in liquid-vapor phase to create a cold source cooperating with the cold source exchanger of the working circuit, while the hot source exchanger of the working circuit cooperates with a medium which may be only the atmosphere or of a higher temperature than the latter, said refrigeration circuit comprising means of forced circulation of the refrigerant also entrained from said engine of use. 2.- Machine thermodynamique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide du circuit de travail a un exposant adiabatique (α) plus faible que celui du fluide du circuit frigorifique.2. Thermodynamic machine according to claim 1, characterized in that the fluid of the working circuit has an adiabatic exponent (α) lower than that of the fluid of the refrigerating circuit. 3.- Machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chaleur de vaporisation du fluide du circuit de travail est relativement faible par rapport à celle du fluide du circuit frigorifique.3. Thermodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the heat of vaporization of the fluid in the working circuit is relatively low compared to that of the fluid in the refrigerating circuit. 4.- Machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le circuit frigorifique comprend une enceinte de source froide, un compresseur puisant le fluide frigorigène gazeux dans l'enceinte et le renvoyant dans un échangeur intérieur à l'enceinte, et un détendeur débouchant dans l'enceinte et raccordé à la sortie dudit échangeur intérieur.4. Thermodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the refrigeration circuit comprises a cold source enclosure, a compressor drawing the gaseous refrigerant from the enclosure and returning it to an exchanger inside the enclosure, and a regulator opening into the enclosure and connected to the outlet of said interior exchanger. 5.- Machine thermodynamique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le circuit frigorifique comprend un réservoir accumulateur de fluide frigorigène gazeux sous pression relié par l'intermédiaire d'une vanne de commande de mise en marche à un détendeur débouchant dans l'enceinte de source froide, et une vanne de sélection et commande d'arrêt destinée à interrompre la communication entre ledit compresseur et l'échangeur intérieur, pour relier ce" compresseur à un compresseur complémentaire qui est relié audit réservoir accumulateur par l'intermédiaire d'un échangeur baignant au moins dans l'atmosphère.5. Thermodynamic machine according to claim 4, characterized in that the refrigeration circuit comprises an accumulator tank of pressurized gaseous refrigerant connected by means of a control valve to start up a regulator opening into the enclosure. from a cold source, and a shut-off selection and control valve intended to interrupt the communication between said compressor and the interior exchanger, to connect this "compressor to a complementary compressor which is connected to said accumulator tank via a exchanger bathing at least in the atmosphere. 6.- Machine thermodynamique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de circulation forcée du fluide de travail sont constitués par une pompe de la phase liquéfiée de ce dernier sortant de ladite source froide.6. Thermodynamic machine according to claim 1, characterized in that the means of forced circulation of the working fluid are constituted by a pump of the liquefied phase of the latter leaving said cold source. 7.- Machine thermodynamique selon la revendication 6, ca- ractérisée en ce que la pompe débite dans ledit échangeur de source chaude suivi d'un réservoir accumulateur de fluide de travail gazeux sous pression qui est relié à l'admission du moteur d'utilisation dont la sortie est reliée par un détendeur audit échangeur de source froide, et que deux vannes d'isolement sont respectivement prévues, d'une . part entre ce dernier réservoir et le moteur d'utilisation et, d'autre part, entre la source froide et ladite pompe.7. - Thermodynamic machine according to claim 6, ca - characterized in that the pump delivers into said heat source exchanger followed by a pressurized gaseous working fluid storage tank which is connected to the intake of the engine for use the output of which is connected by a pressure reducer to said cold source exchanger, and that two isolation valves are respectively provided, of one. part between the latter tank and the use engine and, secondly, between the cold source and said pump. 8.- Machine thermodynamique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'une soupape de décharge est prévue entre le réservoir accumulateur et un conduit reliant le moteur d'utilisation au détendeur.8. A thermodynamic machine according to claim 7, characterized in that a relief valve is provided between the accumulator tank and a conduit connecting the engine of use to the regulator. 9.- Machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide du circuit de travail est l'éthylène.9. Thermodynamic machine according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid of the working circuit is ethylene. 10.- Machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide frigorigène est le Xénon.10. - Thermodynamic machine according to one of the claims tions above, characterized in that the refrigerant is Xenon. 11.- Machine thermodynamique selon les revendications 1, 5, 6 et 7, caractérisée en ce que la pompe précitée et les compresseurs sont soumis à des moyens d'entratnement auxiliaires mis en jeu à l'arrêt de la machine pour recondi- tionner chaque circuit en fluide gazeux sous pression dans sa partie incluant ledit réservoir accumulateur.11. Thermodynamic machine according to claims 1, 5, 6 and 7, characterized in that the aforementioned pump and the compressors are subjected to auxiliary drive means brought into play when the machine stops to recondition each circuit in gaseous fluid under pressure in its part including said accumulator tank. 12.- L'application d'une machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, comme source d'énergie mécanique par son moteur d'utilisation.12.- The application of a thermodynamic machine according to one of the preceding claims, as a source of mechanical energy by its engine of use. 13.- L'application d'une machine thermodynamique selon l'une des revendications précédentes, comme machine frigorifique par l'intermédiaire de la source froide du circuit frigorifique.13.- The application of a thermodynamic machine according to one of the preceding claims, as a refrigerating machine via the cold source of the refrigerating circuit.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3943161A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-04 Walter Diel Liq. vapour engine and turbine - generates power using only liq. gas heated by solar radiation or geothermal water and then re-liquefied
WO1996001363A1 (en) * 1994-07-04 1996-01-18 Georg Rauscher Low-temperature engine
FR2938003A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-07 Claude Antoine Blaizat Electricity producing method, involves maintaining hot and cold sources at specific temperature, preheating power gas, and selecting hot and cold sources based on available thermal power and requested electric output

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE114604C (en) *
FR1138415A (en) * 1955-10-31 1957-06-13 Power generation process and apparatus
FR2122078A5 (en) * 1971-01-13 1972-08-25 Corenwinder Pierre
DE2654097A1 (en) * 1976-11-29 1978-06-01 Kurt Leczkowski Continuous operation motor or cooler - uses solar or underground heat by clockwise temp. entropy cycle of low triple point gas
EP0001382A2 (en) * 1977-10-11 1979-04-18 Kurt Leczkowski Methods and installations for producing utilisable energy and/or cold from heat

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE114604C (en) *
FR1138415A (en) * 1955-10-31 1957-06-13 Power generation process and apparatus
FR2122078A5 (en) * 1971-01-13 1972-08-25 Corenwinder Pierre
DE2654097A1 (en) * 1976-11-29 1978-06-01 Kurt Leczkowski Continuous operation motor or cooler - uses solar or underground heat by clockwise temp. entropy cycle of low triple point gas
EP0001382A2 (en) * 1977-10-11 1979-04-18 Kurt Leczkowski Methods and installations for producing utilisable energy and/or cold from heat

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3943161A1 (en) * 1989-12-28 1991-07-04 Walter Diel Liq. vapour engine and turbine - generates power using only liq. gas heated by solar radiation or geothermal water and then re-liquefied
WO1996001363A1 (en) * 1994-07-04 1996-01-18 Georg Rauscher Low-temperature engine
WO1996001362A1 (en) * 1994-07-04 1996-01-18 Georg Rauscher Low-temperature heat engine
FR2938003A1 (en) * 2008-11-05 2010-05-07 Claude Antoine Blaizat Electricity producing method, involves maintaining hot and cold sources at specific temperature, preheating power gas, and selecting hot and cold sources based on available thermal power and requested electric output

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