EP0244435B1 - Dispositif generateur d'energies multiples a cycle thermique integre - Google Patents

Dispositif generateur d'energies multiples a cycle thermique integre Download PDF

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EP0244435B1
EP0244435B1 EP19860905867 EP86905867A EP0244435B1 EP 0244435 B1 EP0244435 B1 EP 0244435B1 EP 19860905867 EP19860905867 EP 19860905867 EP 86905867 A EP86905867 A EP 86905867A EP 0244435 B1 EP0244435 B1 EP 0244435B1
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EP
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pistons
motor
fluid
leak
forming
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EP19860905867
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EP0244435A1 (fr
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Etienne Baudino
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B35/00—Piston pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by the driving means to their working members, or by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors, not otherwise provided for
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B23/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01B23/08—Adaptations for driving, or combinations with, pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy

Definitions

  • the present invention relates to a device for improving energy generators with multiple functions driven by the combined application of heat sources of different temperatures acting on a sealed and motive condensing capacity.
  • thermodynamic cycle devices generate recoverable mechanical energy on a motor axis, but do not exploit the heat contained in the thermal circuit after the expansion of the volatile motor fluid, which must be evacuated through condensers suitable for this purpose, does not not having multi-compressor and mechanical assemblies.
  • French patent No. 2,462,584 did not make it possible, by its piston, a single engine, to obtain a set of several offset compressors, a set of several engine pistons, a block with reinjection cylinder and a distributor device with rotary elements increasing the yields.
  • the aim of the present invention is to at least partially remedy the drawbacks mentioned above and to provide a multifunctional device of modular type which exploits and combines for all purposes the said thermal and mechanical energies generated from a thermal motor-compressor group and its constituent elements integrally contained in a closed enclosure and connected in leaktight manner to at least one fluidic multi-stage heat transfer loop forming a heat pump with successive stages partially contained in said closed enclosure forming a set of sealed and motive capacity of modular condensation for all purposes, containing at least one motor-compressor group forming at least.
  • A a compression assembly with at least three offset compressors, of which (a) the inlet is connected to at least one multi-stage steam source, one of the elements being at least partially contained in the engine thermal circuit and of which (b ) the exhaust is connected to at least one multi-stage condensing capacity forming, in combination with the evaporation capacity, a heat transfer device with reversible cycle heat pump, (B) an engine assembly with at least three engine pistons d driving said compression assembly.
  • the engine assembly and the compression assembly each comprise three cylinders with sliding pistons, the engine pistons mounted in parallel forming a reference plane, being arranged orthogonally to the compression plane actuated by at least one cam suitably profiled, mounted on an axis forming a crankshaft driven by the engine pistons acting in combination and integral with a flywheel constituting a means of circulation of the working fluid in the sealed enclosure, of acceleration of the escape of this fluid to through a conduit provided for this purpose, connected to the axis of rotation of said flywheel:
  • the engine block assembly has at least three cylinders in which the expansion of the working fluid occurs, is tightly connected by intake and exhaust ducts respectively to a source of steam forming a pressure boiler and to the duct of acceleration of the exhaust connected to the flywheel and penetrating at least partially into a reinjection circuit containing the condensed fluid returned to the said boiler under the action of a set of three cylinders and reinjection pistons driven by at least an eccentric mounted on the axis of said crankshaft:
  • the plane of the said three reinjection cylinders is parallel to the plane of the said three compressor cylinders and orthogonal to the axis of the said crankshaft and to the plane containing the said three engine pistons.
  • a distribution device with rotary elements consists of an intake drawer designed to successively supply the three mopeds according to a very precise chronology, and an exhaust drawer designed to allow the evacuation of the expanded fluid. in the said engine cylinders, also following a well-defined chronology.
  • the said drawers are set in motion by the crankshaft
  • these drawers are driven by a chain connected to the axis of said crankshaft which acts on one of the drawers, which drives another drawer, such an embodiment allowing access to the "setting" of the distribution. .
  • the said intake and exhaust drawers are in intimate contact at the intake and exhaust ports, with capsules of suitable shape, perforated in their center to allow free passage of the working fluid, which exerts on the walls of said capsules opposite the walls in intimate contact with said drawers, a thrust which is added to an elastic means ensuring the permanence of said intimate contact.
  • the engine pistons on which the pressure of the condensing working fluid is exerted in a so-called sealed condensing capacity produce a constant pressure opposing the expansion of the working fluid in the driving cylinders.
  • the device thermal motor compressor forming a sealed condensing drive capacity described according to the invention includes various partially deformable sealed capacities on demand for recovering various vapor leaks and their reinjection on demand through various sealed conduits, by reinjection pistons positioned in a plane orthogonal to the crankshaft axis and driven by a cam integral with said crankshaft axis.
  • each vapor leakage recovery capacity forms a sealed enclosure and of condensation of these vapor leaks and of pressure balancing between the pressure contained in said enclosure which is that of the vapors at least partially condensed and the pressure from the external environment in intimate contact with said enclosure.
  • the pressure of the expanded working fluid in the expansion chambers being very slightly higher than the pressure of the condensed fluid, thrust springs or other equivalent elastic devices are generally necessary to ensure the evacuation of the working fluid.
  • the device according to the present invention by the judicious combination of three cylinders and engine pistons makes it unnecessary to use such devices because it ensures the evacuation of the working fluid by the effect of rotation of the combined flywheel.
  • the distribution of the working fluid in the said expansion chambers requires elements with compression or return springs and other mechanical connection elements slaved to the working piston, which reduces the efficiency in a way not negligible.
  • the device according to the invention overcomes this drawback thanks to the arrangement and the judicious use of the respective position of the engine pistons, the cylinders and the drawers combined with the judicious exploitation of the pressure of the condensed fluid contained in the sealed capacity. .
  • the device according to the present invention also eliminates this drawback thanks to the rational use of a cam acting simultaneously on the three compressor pistons, the profile of this cam being defined and chosen as a function of the fluid to be compressed, of the expansion of the fluid existing in the expansion chambers so that the speed of movement of said compressor pistons being inversely proportional to the pressure exerted by the compressed fluid on these pistons, allows optimization of the start-up and overall efficiency.
  • cams can be associated and arranged in such a way that each can act simultaneously on three pistons in the case of operations or applications justifying several stages of compression.
  • the device according to the invention overcomes this drawback by causing the simultaneous driving of three pistons by a judiciously profiled cam, each piston being in contact with a well-defined portion of the profile of this cam thus constituting a balanced assembly.
  • the device according to the invention also obviates this drawback because it allows the reinjection of the condensed fluid during the phase of the start of compression when the compression rate is minimum and the speed of movement of the compressor piston is at maximum.
  • the device according to the invention is designed so that the three planned reinjection pistons are driven simultaneously by the action of a suitably profiled cam mounted on the axis of the crankshaft which has been discussed above.
  • the device according to the present invention is designed in such a way that the condensed fluid is sucked in and then discharged by the reinjection pistons towards the starting boiler after having possibly previously, at least partially recovered, the heat produced at the compressor cylinders by the compression of the fluid from the heat pump cycle then, necessarily at least partially that evacuated from the exhaust of the expansion chambers of the engine pistons.
  • the quantity "Q" is thus significantly reduced, which further improves the overall yield and reduces the cost of the hot source, in particular in the case where it is constituted by solar panels.
  • the multi-stage compression assembly transferred on demand, the heat of the fluid from the interior of the sealed and motive condensing capacity towards the external medium or vice versa, by inversion of the thermal cycle, from the external medium towards the interior of said capacity or any other combination of cycles.
  • cam-compressor assembly forming the compression assembly is exchangeable, which makes it possible, among other things, to meet all needs, to use any type of product to be compressed, as well as to ensure in combination with a compression assembly. equivalent mounted externally on the axis or any other receiver performing multiple and combined functions.
  • the motive and sealed condensing capacity contains at least one evaporator forming an element of the multi-stage sealed thermal transfer capacity associated in a sealed manner at least partially with a compression assembly according to the invention which at least partially dissipates the heat. expanded working fluid, by successive compressions and successive temperature rises through the multi-stage heat transfer capacity designed and profiled on demand and according to needs;
  • the axes of displacement of the reinjection pistons and of the compression pistons lying in parallel planes are arranged with a judicious offset with respect to each other so that each cycle, the reinjection takes place in the phases of least work of . compression and maximum displacement speed of the pistons.
  • at least one cam is provided per compression assembly.
  • At least one end 11A of the crankshaft 11 passes through at least one wall 1A of the closed enclosure 1 in leaktight manner.
  • the shaft 11 comprises at least two sealing rings of the rotating type 15, 16, forming leaktight side walls with a capacity for recovering leaks 17, they are mounted without play on the shaft 11 and in the wall 1A - or any other device tightly connected to said wall 1A -allowing the free rotation of said shaft 11.
  • Said rings 15, 16 are positioned in planes orthogonal to the axis of the shaft 11, and separated by a suitable distance in order to receive the leaks in question in leaktight manner.
  • the capacity 17 is connected by at least one sealed conduit 18, to a capacity 19 deformable by pressure balancing.
  • the thermal transfer fluid loops contain a volatile refrigerant fluid in circulation under the action of the compression pistons 5A, 5B, 5C, each being at a precise compression phase given by the profile of the cam 12, forming a multi-stage heat transfer heat pump between the evaporator 20 and the condenser contained in the thermal evacuation stage 3C, successively through the fluidic loops C1, C2, C3, each of the pistons 5A, .5B, 5C providing work equivalent to the lowest possible compression ratio in order to optimize the coefficient of performance, respectively connected to the corresponding fluidic loops, preferably consisting of at least one evaporator, a condenser, a holder (possibly an oil separator) and conduits tight connections of these constituent elements to each other partially contained in capacities 21, 3A, 3B, 3C with material to, or thermal storage fluid 22A.
  • a volatile refrigerant fluid in circulation under the action of the compression pistons 5A, 5B, 5C, each being at a precise compression phase given by the profile of the cam
  • the closed enclosure 1 contains the evaporator 20, an element constituting the multi-stage heat transfer capacity 3, which can operate as a condenser by reversing the thermal cycle using a four-way valve (not shown). on the sins), as in the case of known heat pump devices, it being specified that this evaporator 20 is placed in a sealed envelope 21, comprising a material or other product 22, intended to absorb the calories of the fluid which crosses through conduits 21A, and optionally another means of communication E6, forming inertia and storage capacity, as well as a regulator of heat dissipation linked to the evaporation temperature of the fluid circulating in said evaporator 20 , or liquefaction in the condenser 20A, contained in the capacity 3A with material or fluid of identical accumulation 22A.
  • a sealed envelope 21 comprising a material or other product 22, intended to absorb the calories of the fluid which crosses through conduits 21A, and optionally another means of communication E6, forming inertia and storage capacity, as well as a regulator of
  • Capacities 3A, 3B, 3C with material 22A integrating on demand and depending on the applications, the physical phenomena linked to said evaporation or liquefaction condensation temperatures of the fluids circulating in the respective fluid loops.
  • the sealed enclosure 1, 2 is made up of various capacities forming sealed volumes GHJ K, containing at least partially an element constituting the thermal motor-compressor group, said volumes being separated on demand by watertight bulkheads E1, E3, each comprising at least one device for recovering and reinjecting leaks E2, E4 of the type described above (15 , 16, 17, 18, 19) crossed on demand by one of said constituent elements such as the motor axis 11.
  • Said capacities of type E2, E4 being positioned on demand anywhere in the device according to the invention in order to isolate as required, in particular lubrication, any functional element or constituent assembly forming the motor-compressor group.
  • This version of the heat transfer capacity 3 given by way of nonlimiting example may however be adapted for other specific applications, which may justify the use of several different heat transfer fluids, for example a refrigerant loop operating as an evacuator the two others operating in cold production.
  • each compressor piston will include a leakage recovery device directly inspired by the leakage recovery device 15, 16, 17, 18, 19 described above, possibly with a capacity containing a lubricating oil which will be recovered by a oil separator and reinjected by a reinjection piston 6.
  • the compressor pistons are provided with various elastic means allowing permanent contact with the different cams, judiciously combined with the functional exploitation of the pressures of the fluids contained in the thermal circuits and fluidic loops. acting on said compressor pistons in order to provide, in combination with the profiled cams, operation of the device at constant torque.
  • said pistons comprise, according to an advantageous embodiment, a sealed and deformable capsule 24 under the effect of a volatile fluid contained tightly in the said capsule 24, the pressure of which varies as a function of the thermal environment surrounding said piston so that it exerts a thrust on the walls of said capsule acting by deformation on the segments 25 ensuring self-regulation of friction and taking up of wear , the conduits 7A and 8 being provided with capsules 25A whose contact surface is adapted to avoid excessive friction and mounted in the upper parts of the engine cylinders as shown in Figures 1-2-3-4.
  • Such a closed enclosure 1, 2 forming motor capacity and condensation extended by a multi-stage heat transfer capacity constitutes an absolutely sealed and modular assembly which can operate according to the needs of mono-fluid, bi-fluid by the exploitation of any known heat source and provide an advantageous combination of thermal and mechanical effects available for all purposes respectively from capacity 3 and the force shaft 11A.
  • the combination of several devices according to the invention providing, on request, an assembly for optimal exploitation of thermal energy by cascade effect, each device operating by at least partial exploitation of the heat of the fluid contained in the preceding device. .
  • this type of digester with integrated thermodynamic cycle with multiple functions can equip a vehicle and operate by exploiting the heat of the engine of the vehicle which, by its usual cooling circuit, will heat supply the accumulation material 26A; When the vehicle is stopped, a battery of solar energy absorbers, combined and structured in harmony with said vehicle, will combine the solar heat recovered with that contained in the storage capacity 26.
  • a battery of solar energy absorbers When the vehicle is stopped, a battery of solar energy absorbers, combined and structured in harmony with said vehicle, will combine the solar heat recovered with that contained in the storage capacity 26.
  • several devices according to the invention can be combined for multiple purposes; grain escapes in fitted silots, in combination with the digester, and other biomass applications, production of hydrocarbons by the combination of a high calorific intake (250 ° c) and a high compression of said biomass (200 kg / cm2) and others.
  • this cold room can be adapted to a vehicle and be connected to its heat dissipation circuit from the engine, forming a mobile cold production unit intended for all purposes, in particular for demineralization of sea water by freezing.
  • the device according to the invention may give priority either to the thermal evacuation capacity assembly 3, or to the mechanical force that can be used from the shaft 11A.

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Abstract

Dispositif générateur d'énergies multiples destinées à toutes fins, formant moto-compresseur à cycle thermique intégré contenu dans une enceinte close modulable animé par l'exploitation de deux sources calorifiques de températures différentes agissant sur la dite enceinte (1) qui comporte en combinaison un moteur (4) avec pistons d'entraînement d'un ensemble multi-compresseurs (5) disposés orthogonalement au plan du dit moteur (4), entraînés par came (12), solidaire d'un arbre (11), relié au moteur (5) par bielles (9), et comportant de plus deux cames (12 à 12b) d'entraînement des pistons de réinjection (6) positionnés parrallèlement au plan des compresseurs, reliés à une capacité de transfert thermique (3) avec boucles fluidiques (C1, C2, C3) dont l'évaporateur (20) de la boucle (C1), en contact intime avec un matériau d'accumulation thermique (22) et enveloppe (21) partiellement contenu dans l'enceinte close (1), traversé par le fluide moteur en circulation forcée par un volant (14) solidaire de l'arbre (11), d'accélération de l'échappement à travers un conduit (8A) traversant un matériau (8b) contenu dans (8c) étant précisé que les pistons (6) renvoient le fluide condensé au bouilleur (27) à travers les conduits (8), et que le moteur (4) comporte un conduit rotatif unique de distribution (7A) et d'échappement (8) reliés par chaîne (9A) à l'arbre, et entre eux par cinématique (9C). L'enceinte close comportant en outre un dispositif de récupération des fuites (15, 16, 17) relié à une capacité d'équilibrage des pressions (18) et leur réinjection dans le circuit thermique.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif de perfectionnement des générateurs d'énergie à fonctions multiples animés par l'application combinée de sources calorifiques de températures différentes agissant sur une capacité étanche et motrice de condensation.
  • Il est destiné principalement à l'application à des fins domestiques et industrielles des énergies thermiques et mécaniques combinées, générées à partir de dispositifs moto-compresseurs à cycle thermique intégré contenus de façon étanche dans des enceintes closes et modulables.
  • Les dispositifs connus à cycle thermodynamique génèrent une énergie mécanique récupérable sur un axe moteur, mais n'exploitent pas la chaleur contenue dans le circuit thermique après la détente du fluide volatil moteur, laquelle doit être évacuée à travers des condenseurs adaptés à cet effet, ne disposant pas d'ensembles multi- compresseurs et mécaniques.
  • De plus ils sont principalement constitués d'une boucle fluidique motrice agissant sur un moteur relié à un condenseur par conduites de pression et tubulures extérieures qui développent des phénomènes physiques aléatoires liés à leur réalisation, se répercutant sur le rendement général.
  • Le brevet français N° 2,462,584 ne permettait pas par son piston, moteur unique d'obtenir un ensemble de plusieurs compresseurs décalés, un ensemble de plusieurs pistons moteurs, un bloc à cylindre de réinjection et un dispositif distributeur à éléments rotatifs augmentant les rendements.
  • Le but de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients mentionnés cidessus et de procurer un dispositif multifonctionnel de type modulable qui exploite et combine à toutes fins les dites énergies thermiques et mécaniques générées à partir d'un groupe moto-compresseur thermique et ses éléments constitutifs intégralement contenus dans une enceinte close et relié de façon étanche à au moins une boucle fluidique de transfert thermique multi-étagée formant pompe à chaleur à étages successifs partiellement contenue dans la dite enceinte close formant un ensemble capacité étanche et motrice de condensation modulable à toutes fins, contenant au moins un groupe moto- compresseur formant au moins.
  • . (A) un ensemble de compression à au moins trois compresseurs décalés dont (a) l'admission est reliée à au moins une source de vapeur multi-étagée, un des éléments étant au moins partiellement contenu dans le circuit thermique moteur et dont (b) l'échappement est relié à au moins une capacité de condensation multi étagée formant en combinaison avec la capacité d'évaporation, un dispositif de transfert thermique pompe à chaleur à cycle réversible, (B) un ensemble moteur à au moins trois pistons moteurs d'entraînement dudit ensemble de compression.
  • Suivant d'autres caractéristiques l'ensemble moteur et l'ensemble de compression comprennent chacun trois cylindres avec pistons coulissants, les pistons moteurs montés en parallèle formant plan de référence, étant disposés orthogonalement par rapport au plan de compression actionnés par au moins une came judicieusement profilée, montée sur un axe formant vilebrequin animé par les pistons moteurs agissant en combinaison et solidaires d'un volant d'inertie constituant un moyen de circulation du fluide moteur dans l'enceinte étanche, d'accélération de l'échappement de ce fluide à travers un conduit prévu à cet effet, relié à l'axe de rotation du dit volant d'inertie:
  • L'ensemble formant bloc-moteur a au moins trois cylindres dans lesquels se produit l'expansion du fluide moteur, est relié de façon étanche par conduits d'admission et d'échappement respectivement à une source de vapeur formant bouilleur sous pression et au conduit d'accélération de l'échappement relié au volant d'inertie et pénétrant au moins partiellement dans un circuit de réinjection contenant le fluide condensé renvoyé au dit bouilleur sous l'action d'un ensemble à trois cylindres et pistons de réinjection animés par au moins un excentrique monté sur l'axe du dit vilebrequin:
  • Le plan des dits trois cylindres de réinjection est parrallèle au plan des dits trois cylindres compresseurs et orthogonal à l'axe du dit vilebrequin et au plan contenant les dits trois pistons moteur.
  • Un dispositif de distribution à éléments rotatifs est prévu et il est constitué d'un tiroir d'admission conçu pour alimenter successivement les trois pistomoteurs suivant une chronologie bien précise, et d'un tiroir d'échappement conçu pour permettre l'évacuation du fluide expansé dans les dits cylindres moteur, suivant également une chronologie bien précisé.
  • Les dits tiroirs sont mis en mouvement par le vilebrequin;
  • Suivant un mode de réalisation avantageux, ces tiroirs sont entraînés par une chaîne reliée à l'axe du dit vilebrequin qui agit sur un des tiroirs, lequel entraîne un autre tiroir, un tel mode de réalisation autorisant un accès au "calage" de la distribution.
  • Suivant un mode de réalisation avantageux, les dits tiroirs d'admission et d'échappement sont en contact intime au niveau des orifices d'admission et d'échappement, avec des capsules de forme adaptée, ajourées en leur centre pour laisser le libre passage du fluide moteur, lequel exerce sur les parois des dites capsules opposées aux parois en contact intime avec les dits tiroirs, une poussée qui s'ajoute à un moyen élastique assurant la permanence du dit contact intime.
  • L'ensemble des éléments constitutifs ci-dessus est contenu dans un carter étanche formant capacité motrice et de condensation dans laquelle circule le fluide moteur.
  • Les pistons moteurs sur lesquels s'exerce la pression du fluide moteur condensé dans une dite capacité étanche de condensation réalisent une pression constante d'opposition à l'expansion du fluide moteur dans les cylindres moteurs.
  • Selon d'autres caractéristiques le dispositif motocompresseur thermique formant capacité motrice étanche de condensation décrit selon l'invention, comporte à la demande diverses capacités étanches partiellement déformables de récupération des diverses fuites de vapeurs et leur réinjection à la demande à travers divers conduits étanches, par pistons de réinjection positionnés dans un plan orthogonal à l'axe du vilebrequin et animés par une came solidaire dudit axe de vilebrequin.
  • On notera que la partie déformable de chaque capacité de récupération des fuites de vapeur forme enceinte étanche et de condensation de ces fuites de vapeur et d'équilibrage des pressions entre la pression contenue dans ladite enceinte qui est celle des vapeurs au moins partiellement condensée et la pression du milieu extérieur en contact intime avec la dite enceinte.
  • Dans le même sens, on notera:
    • que lesdites capacités étanches de récupération des fuites de vapeur sont préférentiellement réalisées pour récupérer les fuites de vapeur au niveau des pistons compresseurs et de la traversée du carter de la capacité motrice et étanche de condensation par l'arbre du vilebrequin,
    • qu'elles sont suivant un mode avantageux de réalisation et de façon étanche solidaires du corps des cylindres des dits pistons compresseurs, ainsi
    • que du dit carter et constituées d'au moins deux parois latérales traversées orthogonalement selon l'application, soit par l'axe d'un piston compresseur ou autres, soit par l'arbre du vilebrequin et ce de façon la plus étanche possible étant bien entendu comme le comprendra fort bien l'homme de métier que, concernant la seconde application et suivant un mode de réalisation avantageux, les parois latérales de la dite capacité de récupération des fuites de vapeur issues de l'intérieur de la capacité motrice et étanche de condensation, sont constituées de bagues d'étanchéité tournantes du type de celle que l'on trouve habituellement dans le commerce montées sans jeu sur le dit arbre de vilebrequin et espacées d'une distance adaptée permettant une rotation dans les meilleures conditions du dit arbre vilebrequin.
  • La pression du fluide moteur détendu dans les chambres d'expansion étant très légèrement supérieure à la pression du fluide condensé, des ressorts de poussée ou autres dispositifs élastiques équivalents sont généralement nécessaires pour assurer l'évacuation du fluide moteur. Or, le dispositif selon la présente invention par la judicieuse combinaison de trois cylindres et pistons moteurs fait qu'il est inutile de faire appel à de tels dispositifs du fait qu'elle assure l'évacuation du fluide moteur par l'effet de rotation du volant d'inertie qui leur est combiné.
  • Par ailleurs, dans les dispositifs connus, la distribution du fluide moteur dans les dites chambres d'expansion nécessite des éléments avec ressorts de compression ou de rappel et autres éléments de liaison mécaniques asservis au piston moteur, ce qui diminue le rendement d'une façon non négligeable.
  • Le dispositif selon l'invention obvie à cet inconvénient grâce à la disposition et à l'utilisation judicieuse de la position respective des pistons moteurs, des cylindres et des tiroirs combinée à l'exploitation judicieuse de la pression du fluide condensé contenu dans la capacité étanche.
  • Il est par ailleurs à noter que du fait même de la compression d'un gaz, le couple des moteurs des dispositifs existants n'est pas constant.
  • Or il se trouve que le dispositif selon la présente invention supprime aussi cet inconvénient grâce à l'utilisation rationnelle d'une came agissant simultanément sur les trois pistons compresseurs, le profil de cette came étant défini et choisi en fonction du fluide à comprimer, de la détente du fluide existant dans les chambres d'expansion de telle sorte que la vitesse de déplacement desdits pistons compresseurs étant inversement proportionnelle à la pression exercée par le fluide comprimé sur ces pistons, permette une optimisation du démarrage et du rendement global.
  • On peut alors envisager que plusieurs cames puissent être associées et agencées de telle sorte que chacune puisse agir simultanément sur trois pistons dans les cas de fonctionnements ou d'applications justifiant de plusieurs étages de compression. On citera, par exemple, le cas de la congélation ou de déminéralisation de l'eau de mer par congélation.
  • On a déjà proposé, (dans le brevet français n° 2,462,584) d'utiliser aussi une came ne permettant le déplacement que d'un seul piston compresseur par déplacement de cette came, ce qui équivaut à dire qu'à un taux de compression d'un fluide donné ne correspond qu'un seul piston, ce qui exclut une bonne exploitation industrielle.
  • Or le dispositif selon l'invention obvie à cet inconvénient en provoquant l'entraînement simultané de trois pistons par une came judicieusement profilée, chaque piston étant en contact avec une portion bien définie du profil de cette came constituant ainsi un ensemble équilibré.
  • Il se trouve que le moto-compresseur décrit au brevet français rappelé ci-dessus comprend une pompe de réinjection également actionnée par la came en question, ce qui limite le rendement, d'autant plus que cette réinjection s'effectue en fin de course de la came, au moment où le taux de compression tend vers son maximum.
  • Or le dispositif selon l'invention obvie aussi à cet inconvénient car il permet la réinjection du fluide condensé durant la phase du début de compression au moment où le taux de compression est minimum et la vitesse de déplacement du piston compresseur est au maximum. De plus, le dispositif suivant l'invention est conçu de manière que les trois pistons de réinjection prévus soient entraînés simultanément par l'action d'une came judicieusement profilée montée sur l'axe du vilebrequin dont il a été question précédemment.
  • On notera par ailleurs que dans les dispositifs connus le fluide du cycle moteur se condense dans le condenseur qui évacue les calories: une pompe de réinjection le renvoie alors directement dans le bouilleur de départ à haute température où il s'élève en température en vue d'un nouveau cycle.
  • Or l'élévation en température du fluide réinjecté nécessite un apport calorifique "Q" fourni par la source chaude.
  • Le dispositif selon la présente invention est conçu de manière telle que le fluide condensé soit aspiré puis refoulé par les pistons de réinjection vers le bouilleur de départ après avoir éventuellement au préalable, récupéré au moins partiellement, la chaleur produite aux cylindres compresseurs par la compression du fluide du cycle pompe à chaleur puis, nécessairement au moins partiellement celle évacuée à l'échappement des chambres d'expansion des pistons moteurs.
  • La quantité "Q" se trouve ainsi nettement diminuée, ce qui améliore encore le rendement global et diminue le coût de la source chaude, en particulier dans le cas où celle-ci serait constituée par des panneaux solaires.
  • On notera que conformément aux dispositifs connus formantpompe à chaleur et suivant un mode avantageux de réalisation de ladite capacité étanche multi-étagée de transfert thermique qui vient d'être décrite, l'ensemble de compression multi-étagée transféré à la demande, la chaleur du fluide de l'intérieur de la capacité étanche et motrice de condensation vers le milieu extérieur ou réciproquement, par inversion du cycle thermique, du milieu extérieur vers l'intérieur de la dite capacité ou tout autre combinaison de cycle.
  • En outre, l'ensemble came-compresseur formant ensemble de compression est échangeable, ce qui permet entre autre de répondre à tous les besoins, de faire appel à tout type de produit à comprimer, tout comme d'assureren combinaison avec un ensemble de compression équivalent monté extérieurement sur l'axe ou tout autre récepteur la réalisation de fonctions multiples et combinées.
  • On rappelera que la capacité motrice et étanche de condensation contient au moins un évaporateur formant élément de la capacité étanche multi-étagée de transfert thermique associée de façon étanche au moins partiellement à un ensemble de compression selon l'invention qui évacue au moins partiellement la chaleur du fluide moteur détendue, par compressions successives et élévations successives de température à-travers la capacité multi-étagée de transfert thermique conçue et profilée à la demande et en fonction des besoins;
  • D'autres caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs sur lesquels la:
    • Figure 1 représente une vue de face en coupe partielle de l'ensemble du dispositif formant enceinte close et capacité étanche et motrice de condensation avec boucle fluidique multi-étagée de transfert thermique, et un ensemble de compression monté à titre d'exemple non limitatif sur l'arbre de force tournant;
    • figure 2 représente une vue en coupe partielle d'une variante du dispositif enceinte close avec éléments constitutifs contenus respectivement dans leurs capacités étanches, à une échelle différente;
    • figure 3 représente à une échelle différente une vue de dessus en coupe partielle de la figure 2;
    • figure 4 représente une coupe latérale partielle à une autre échelle montrant plus particulièrement l'ensemble de compression et la position relative des pistons compresseurs et de réinjection par rapport aux pistons moteurs.
  • En se référant à ces dessins le dispositif selon l'invention comporte une enceinte close de type modulable 1 formant une capacité étanche et motrice avec volume de condensation 2, reliée de façon étanche par conduits à au moins une boucle fluidique multi-étagée de transfert formant pompe à chaleur à cycle réversible à étages successifs, partiellement contenu par au moins un de ses éléments constitutifs dans au moins une des capacités formant ladite enceinte close 1, et formant au moins séparation partielle avec le volume de condensation 2, dont les effets thermiques du milieu extérieur agissant sur lui exercent par intermédiare du fluide volatil moteur qu'il contient une poussée d'opposition formant contre-pression sur les éléments constitutifs du groupe moto-compresseur thermique contenu de façon étanche dans au moins une capacité de l'enceinte comprenant en combinaison:
    • un ensemble formant bloc à cylindres moteurs 4 à au moins trois pistons moteurs 4A, 4B, 4C d'entraînement d'un ensemble formant bloc à cylindres de compression 5 à au moins trois pistons de compression 5A, 5B, 5C, dont les axes sont judicieusement situés dans un plan orthogonal à celui contenant les axes des pistons moteurs montés en parallèle et formant plan de référence.
    • un bloc à cylindres de réinjection 6 à au moins trois pistons de réinjection 6A, 6B, 6C, dont les axes sont situés dans un plan orthogonal à celui contenant les axes des pistons moteurs et décalés angulairement par rapport aux axes de compresseurs.
    • un dispositif de distribution 7 à éléments rotatifs comprenant un conduit d'admission unique 7A les trois pistons moteurs.
    • un conduit d'échappement unique 8 pour les trois pistons moteurs, conduit prolongé par une tubulure d'évacuation 8A, avec matériau d'accumulation calorifique 8B, contenu de façon étanche dans une enceinte 8C, et une tubulure 8D, vers un volant de circulation du fluide 14, lesdits conduits communiquant avec les pistons moteurs par les orifices 4D-4E.
  • Cette tubulure 8A constitue un dispositif de récupération calorifique en ce sens qu'il absorbe et stocke éventuellement dans le matériau ou fluide 8B la chaleur évacuée à l'échappement des cylindres à travers 8A et la restitue au fluide moteur condensé en circulation à contre courant dans les conduits 8E qui traversent 8B avant réinjection dans le bouilleur de départ, et après aspiration par les pistons de réinjection 6, ce qui élève la température dudit fluide condensé avec tendance à atteindre la température et donc la pression du fluide moteur contenu dans le bouilleur de départ.
    • un dispositif d'entraînement en rotation 9 d'un arbre 11, avec éventuellement un dispositif complémentaire de réinjection 6', des fuites de vapeur avec pistons 6D, 6E, 6F.
    • au moins un dispositif formant récupération des dites fuites par équilibrage des pressions 15, 16, 17, 18, 19.
    • un dispositif de mise en mouvement des conduits 7A, 8, constitué d'une chaîne 9A reliée d'une part à un galet 9B de régulation de la vitesse de rotation desdits conduits, solidaire de l'arbre 11, d'autre part à au moins un desdits conduits, lequel entraîne l'autre par la cinématique 9C.
  • Cet arbre 11 actionné par les pistons moteurs comprend
    • d'un côté, d'une part, une came 12 profilée en fonction des taux de compression désirés et agissant simultanément sur les trois pistons- compresseurs se trouvant chacun à une phase précise de compression, donc à une position déterminée dans leur cylindre, d'autre part, un excentrique 12A, agissant simultanément sur les pistons de réinjection des fuites, chacun se trouvant positionné de façon précise par rapport aux pistons moteurs et aux pistons de compression, et selon le type de fuite à réinjecter.
    • d'un autre côté, d'une part excentrique 12B agissant simultanément sur les trois pistons de réinjection du fluide moteur condensé, chacun se trouvant positionné de façon précise par rapport aux pistons moteurs et aux pistons de compression, et dans son cylindre de telle sorte et suivant un mode avantageux de réalisation, que la réinjection dudit fluide moteur condensé, dans le bouilleur de départ s'effectue par successions de phases, d'autre part, un volant d'inertie à ailettes 14, destiné principalement au transfert du gaz de l'échappement vers la capacité de condensation 2, à travers le conduit 8A, 8D.
  • Les axes de déplacement des pistons de réinjection et des pistons de compression se trouvant dans des plans parallèles sont disposés avec un décalage judicieux les uns par rapport aux autres de telle sorte que chaque cycle, la réinjection s'effectue dans les phases de moindre travail de . compression et de vitesse de déplacement maximal des pistons. Selon le type de compression à réaliser, par exemple des taux de compressions élevés, on prévoit au moins une came par ensemble de compression.
  • A la demande, au moins une extrémité 11A de l'arbre vilebrequin 11, traverse de façon étanche au moins une paroi 1A de l'enceinte close 1.
  • Pour atteindre cet objectif, et suivant un mode préféré de réalisation, l'arbre 11 comporte au moins deux bagues d'étanchéité de type tournant 15, 16, formant parois latérales étanches d'une capacité de récupération des fuites 17, elles sont montées sans jeu sur l'arbre 11 et dans la paroi 1A - ou tout autre dispositif relié de façon étanche à ladite paroi 1A -autorisant la libre rotation dudit arbre 11.
  • Les dites bagues 15,16, sont positionnées dans des plans orthogonaux à l'axe de l'arbre 11, et séparées d'une distance adaptée afin de recevoir de façon étanche les fuites dont il est question.
  • La capacité 17 est reliée par au moins un conduit étanche 18, à une capacité 19 déformable par équilibrage des pressions. Les fuites de fluide ayant traversées la bague 15 formant paroi d'étanchéité se condensent et sont réinjectées à la demande par le piston 6D (en exemple) par les conduits 29 et 30 dans le circuit thermique moteur. La capacité déformable 19 située extérieurement à l'enceinte close 1, formant dispositif d'équilibrage des pressions avec le milieu exterieur interdisant toute nouvelle fuite de fluide à travers la bague d'étanchéité 16 formant paroi latérale étanche.
  • On notera que selon les applications et le degré d'étanchéité recherché, plusieurs bagues formant parois d'étanchéité successives seront montées en combinaison formant capacités successives de récupérations des fuites 17, 17A, 17B, (non représentées sur les dessins), chacune d'entre elles étant alors et suivant un mode avantageux de réalisation reliée de façon étanche à une capacité déformable d'équilibrage des pressions 19, 19A, 19B, par conduits étanches 18, 18A, 18B, chacune contenue dans un milieu environnant exercant sur chacune d'elle une pression d'opposition propre.
  • Suivant un mode avantageux de réalisation les boucles fluidiques de transfert thermique contiennent un fluide volatil frigorigène en circulation sous l'action des pistons de compressions 5A, 5B, 5C, chacun étant à une phase de compression précise donnée par le profil de la came 12, formant pompe à chaleur multi-étagée de transfert thermique entre l'évaporateur 20 et le condenseur contenu dans l'étage 3C d'évacuation thermique, successivement à travers les boucles fluidiques C1, C2, C3, chacun des pistons 5A,.5B, 5C fournissant un travail équivalent à un rapport de compression le plus faible possible afin d'optimiser le coefficient de performance, respectivement relié aux boucles fluidiques correspondants, préférentiellement constituées d'au moins un évaporateur, un condenseur, un détenteur (éventuellement un deshuileur) et conduits étanches de liaison de ces éléments constitutifs entre eux partiélle ment contenus dans les capacités 21, 3A, 3B, 3C avec matériau, ou fluide d'accumulation thermique 22A.
  • On notera que l'enceinte close 1 contient l'évaporateur 20, élément constituf de la capacité multi-étagée de transfert thermique 3, lequel pourra fonctionner comme condenseur par inversion du cycle thermique à l'aide d'une vanne quatre voies (non représentée sur les des sins), comme dans le cas des dispositifs pompe à chaleur connus, étant précisé que cet évaporateur 20 est placé dans une enveloppe étanche 21, comportant un matériau ou autre produit 22, destiné à absorber les calories du fluide qui le traverse par conduits 21A, et éventuellement un autre moyen de communication E6, formant capacité d'inertie et de stockage, de même qu'un régulateur d'évacuation de la chaleur lié à la température d'évaporation du fluide en circulation dans ledit évaporateur 20, ou de liquéfaction dans le condenseur 20A, contenu dans la capacité 3A avec matériau ou fluide d'accumulation identique 22A.
  • Les capacités 3A, 3B, 3C avec matériau 22A, intégrant à la demande et selon les applications, les phénomènes physiques liés aux dites températures d'évaporation ou de condensation de liquéfaction des fluides en circulation dans les boucles fluidiques respectives.
  • Sans sortir du cadre de l'invention, on notera également que comme le montre la figure 2 et selon un autre mode avantageux de réalisation industrielle, l'enseinte étanche 1, 2 est constituée de diverses capacités formant volumes étanches G. H. J. K, contenant au moins partiellement un élément constitutif du groupe moto-compresseur thermique, lesdits volumes étant séparés à la demande par les cloisons étanches E1, E3, comportant chacune au moins un dispositif de récupération et de réinjection des fuites E2, E4 du type de celui décrit précédemment (15, 16, 17, 18, 19) traversé à la demande par un desdits éléments constitutifs tel l'axe moteur 11.
  • Les dites capacités de type E2, E4 étant positionnées à la demande en tout lieu du dispositif selon l'invention afin d'isoler selon les besoins, notamment de lubrification, tout élément fonctionnel ou ensemble constitutif formant le groupe moto-compresseur.
  • La combinaison de ces divers ensembles constitutifs contenus judicieusement dans lesdits volumes étanches juxtaposés les uns par rapport aux autres de façon adapté, étant une caractéristique de l'aspect modulable de la dite enceinte close 1.
  • Ainsi sous l'effet du volant d'inertie à ailettes 14, le fluide volatil traverse (flèches F.1.) en circulation forcée, l'évaporateur 20 dont il est question ci-dessus contenu deans le caisson 21 contenant le matériau ou fluide de stockage 22 auquel il libère ses calories et retourne au volant d'inertie (flèches F.2) par les tubulures 23 prévues à cet effet formant turbulences.
  • On notera par ailleurs que l'évacuation du gaz issue des cylindres moteurs a une pression très voisine de celle de la capacité de condensation 2 élimine quasiment totalement la nécessité de détente du gaz dans ladite capacité de condensation 2 formant volume J, ce qui favorise un bon rendement et ce grâce à l'action dudit volant d'inertie 14 à ailettes qui évacue directement le fluide d'échappement moteur dans ledit volume étanche moto-compresseur J, sans que ce fluide soit canalisé par un conduit extérieur à l'enceinte close 1, 2.
  • Cette version de la capacité de transfert thermique 3 donnée à titre d'exemple non limitatif peut toutefois être adaptée en vue d'applications spécifiques autres, qui pourront justifier de l'utilisation de plusieurs fluides caloporteurs différents, par exemple une boucle frigorigène fonctionnant en évacuateur calorifique les deux autres fonctionnant en production de froid.
  • A cet effet l'étanchéité doit être également assurée entre les différentes boucles fluidiques et le circuit thermique moteur. Selon un mode de réalisation préféré chaque piston compresseur comportera un dispositif de récupération des fuites directement inspiré du dispositif de récupération des fuites 15, 16, 17, 18, 19 décrit précédemment, avec éventuellement une capacité contenant une huile de lubrification qui sera récupérée par un deshuileur et réinjecté par un piston de réinjection 6.
  • On notera que tout comme pour les pistons de réinjection, les pistons compresseurs sont pourvus de moyens élastiques divers permettant un contact permanent avec les différentes cames, combinés de façon judicieuse à l'exploitation fonctionnelle des pressions des fluides contenus dans les circuits thermiques et boucles fluidiques agissant sur lesdits pistons compresseurs afin de procurer en combinaison avec les cames profilées un fonctionnement du dispositif à couple constant.
  • On notera également que dans le but de minimiser les fuites et les frottements entre les pistons et leur cylindre respectifs lesdits pistons comportent suivant un mode de réalisation avantageux une capsule 24 étanche et déformable sous l'effet d'un fluide volatil contenu de façon étanche deans ladite capsule 24, dont la pression varie en fonction du milieu thermique environnant ledit piston de telle sorte qu'elle exerce une pousée sur les parois de ladite capsule agissant par déformation sur les segments 25 assurant auto-régulation du frottement et rattrapage de l'usure, les conduits 7A et 8 étant pourvus des capsules 25A dont la surface de contact est adaptée afin d'éviter tout frottement excessif et montés dans les parties hautes des cylindres moteurs comme le montre les figures 1-2-3-4.
  • On notera en synthèse de la description qui vient d'être faite de l'invention que tous les phénomènes physiques et thermiques liés au comportement du fluide moteur en circulation dans le circuit thermique dans sa phase de condensation puis de réinjection ainsi que les différents trajets parcourus se déroulent à l'intérieur d'une enceinte close modulable 1, formant capacités intégrant en totalité les différents éléments constitutifs comprenant au moins un groupe moto-compresseur à au moins trois cylindres moteur 4A, 4B, 4C avec dispositif de distribution 7A et d'échappement 8, de circulation forcée du fluide moteur par volant d'inertie 14, et conduit d'absorption calorifique 8A traversant un matériau ou autre produit adapté 8B, à des fins de restitution de la chaleur absorbée, au fluide moteur condensé retournant au bouilleur 27, un ensemble de compression à au moins trois pistons 5A, 5B, 5C positionnés dans un plan orthogonal à celui des pistons moteurs, et autres dispositifs de récupération des fuites 15, 16, 17, 18, 19, étant précisé que les pistons de compression sont reliés de façon étanche aux éléments d'une boucle fluidique multi-étagée de transfert thermique 3 formant pompe à chaleur au moins partiellement contenue par un élément 20 formant évaporateur dans l'enceinte close 1, 2, les pistons de réinjection 6A, 6B, 6C, étant reliés à la demande et de façon étanche par conduit 28 au bouilleur 27 du fluide moteur, relié par conduit 28A traversant 4 au dispositif de distributeur 7A, alors que les pistons de réinjection des fuites 6D, 6E, 6F sont reliés à la demande aux différents circuits thermiques aspirant par conduits étanches 29, éventuellement 30, 31, puis comprimant à travers les conduits étanches 32, 33, 34 les différentes fuites de fluide et autres.
  • Une telle enceinte close 1, 2 formant capacité motrice et de condensation prolongée par une capacité multi-étagée de transfert thermique, constitue un ensemble absolument étanche et modulable pouvant fonctionner selon les besoins en mono-fluide, bi-fluide par l'exploitation de toute source de chaleur connu et procurer une combinaison avantageuse cumulant des effets thermiques et mécaniques disponibles à toutes fins respectivement à partir de la capacité 3 et de l'arbre de force 11A. La combinaison de plusieurs dispositifs selon l'invention procurant à la demande un ensemble d'exploitation optimale de l'énergie thermique par effet de cascade, chaque dispositif fonctionnant par l'exploitation au moins partielle de la chaleur du fluide contenu dans le dispositif qui précède.
  • D'autres précisions sur les différentes caractéristiques du dispositif selon l'invention qui vient d'être décrite apparaîtront dans la description faite ci-après de quelques exemples choisis parmi les multiples applications du dispositif parmi lesquelles on citera notamment:
    • a) la réalisation d'une capacité étanche et motrice de condensation formant digesteur multi- fonctionnel à cycle thermodynamique intégré, générateur simultanément d'une énergie thermique distribuée à travers la capacité multi-étagée 3 dont la judicieuse répartition des éléments constitutifs permettra une exploitation optimale des différentes phases de fermentation et de digestion des déchets de tous types (biomasse, ordures ménagères, déchets d'élevage, matière végétale verte etc), optimisant la production de bio-gaz par un apport calorifique permanent à la température désirée étant précisé que la biomasse et autres déchets sont contenus dans une cuve de digestion et au moins partiellement en contact intime avec la dite capacité de condensation 2 profilée à cet effet et fournissant l'apport calorifique nécessaire à la digestion anaérobique.
    • b) d'une énergie mécanique exploitable à toutes fins à partir de l'axe tournant 11A, notamment à des fins de compression du bio-gaz (production de méthane liquide) issu de la digestion anaérobique par l'intermédiaire d'un dispositif de compression multi-étagée 35 monté sur l'axe 11A entraîné par la came 12C et pistons 36, 37, 38, le bio-gaz issu de la dite digestion étant comprimé par phases successives par lesdits pistons compresseurs dans diverses enceintes (non représentées) jusqu'à la pression désirée (environ 150 kg/cm2), la came 12C étant profilée et positionnée augulairement de façon judicieuse avec les autres cames 12, 12A, 12B de façon à optimiser le rendement global.
  • On notera que ce type de digesteur à cycle thermodynamique intégré, à fonctions multiples peut équiper un véhicule et fonctionner par l'exploitation de la chaleur du moteur du véhicule qui par son circuit habituel de refroidissement viendra alimenter thermiquement le matériau d'accumulation 26A; En position arrêt du véhicule une batterie d'absorbeurs de l'énergie solaire, confondue et structurée en harmonie avec ledit véhicule combinera la chaleur solaire récupérée à celle contenue dans la capacité d'accumulation 26. Compte tenu de la puissance calorifique disponible au moteur du véhicule, plusieurs dispositifs selon l'invention peuvent se combiner à des fins multiples; s'échappe du grain dans des silots aménagés, en combinaison avec le digesteur, et autres applications de la biomasse, production d'hydrocarbures par la combinaison d'un apport calorifique élevé (250°c) et d'une compression élevée de ladite biomasse (200 kg/cm2) et autres.
  • c) La réalisation d'une chambre froide à usages multiples principalement par la récupération au moins partielle de la chaleur motrice en circulation dans la capacité étanche et motrice de condensation 1 et à travers la capacité multi-étagée 3, et son élévation à une température exploitable à des fins domestiques (chauffage de l'eau d'un cumulus par exemple à 100°c) sous l'action de l'ensemble de compression étagé 5, contenu dans ladite capacité 1, combinée à la production de froid par un ensemble de compression 35 monté sur l'axe 11A et relié à diverses boucles frigorifiques, étant précisé que la capacité étanche de condensation 2 sera au moins partiellement profilée de façon à s'intégrer au moins partiellement à ladite chambre froide dans la double paroi de laquelle circule éventuellement un fluide et que l'accumulateur thermique 26 sera alimenté en combinaison avec d'autres sources de chaleur, par une résistance de chauffage électrique 39 permettant d'utiliser au mieux des heures creuses du réseau électrique urbain.
  • Tout comme dans l'exemple précédent, cette chambre froide peut s'adapter à un véhicule et être connectée à son circuit d'évacuation de la chaleur du moteur, formant une unité mobile de production de froid destinée à toutes fins notamment à la déminéralisation de l'eau de mer par congélation.
  • d) La réalisation d'un dispositif de climatisation des locaux d'habitation permettant par inversion des cycles thermiques de la capacité 3 formant pompe à chaleur et la judicieuse disposition des éléments constitutifs de combiner à la demande et de façon continue par la combinaison de plusieurs sources chaudes, la production de chaleur et de froid formant un dispositif adaptable aux besoins de la climatisation en général.
  • On notera qu'à la demande le dispositif selon l'invention pourra privilégier soit l'ensemble capacité d'évacuation thermique 3, soit la force mécanique exploitable à partir de l'arbre 11A.
  • En exemple et de façon succinte on citera l'application de ce dispositif à l'évacuation de la chaleur des moteurs par transfert thermique et compressions successives à une température déterminée, à travers les étages de la capacité 3 disposées judicieusement sur la structure du véhicule à des fins d'échanges thermiques maximum avec le milieu extérieur étant bien entendu que le dispositif selon l'invention pourra fonctionner pendant les périodes d'arrêt dudit véhicule autant qu'il aura de la chaleur à évacuer, et/ou en combinaison à la demande avec un apport calorifique extérieur tel l'énergie solaire ce qui est intéressant particulièrement pour les véhicules à moteurs à turbo-compresseurs, où la climatisation continue des véhicules et autres, engins de chantiers, transport en commun et autres.
  • On citera également l'intégration des dispositifs selon l'invention à une unite de pompage et d'irrigation, fonctionnant par l'adjonction d'une pompe sur l'axe 11A, formant en combinaison capacité frigorifique à usages multiples par l'exploitation de l'ensemble de compression multi-étagées 5 agissant par inversion du cycle frigorifique sur les boucles fluidiques de la capacité de transfert thermique 3.

Claims (10)

1. Dispositif transformateur d'énergies de type multi-fonctionnel combinant la production simultanée d'une énergie thermique et d'une énergie mécanique par l'application de sources calorifiques de température différente comprenant une enceinte étanche contenant partiellement les éléments constitutifs d'un groupe moto-compresseur à cycle thermique intégré constitué d'un ensemble moteur avec au moins un piston coulissant dans un cylindre entraînant un ensemble de compression avec au moins un piston coulissant dans un cylindre compresseur étant relié à une boucle fluidique à circuit frigorifique condensé partiellement dans des capacités multi-étagées de transfert thermique à cycle réversible caractérisé par une enceinte close étanche (1) formée de capacités modulables (G, H, J, K) contenant en combinaison un groupe moto-compresseur à cycle thermique associé à une boucle fluidique motrice (28, 28A, F1, F2) comportant d'une part une source calorifique constituée d'un bouilleur extérieur (26, 27, 39) et d'autre part une source à température différente consistant en un échangeur thermique (2) faisant partie intégrante de l'enceinte close (1), le groupe moto-compresseur étant constitué en combinaison d'un ensemble moteur (4) comportant au moins trois cylindres, avec pistons coulissants (4A, 4B, 4C) positionnés de façon parallèle les uns par rapport aux autres, dont les axes forment plan de référence, entraînant un ensemble de compression (5) comportant au moins trois cylindres avec pistons coulissants (5A, 5B, 5C) se déplaçant dans des cylindres disposés angulairement les uns par rapport aux autres dans plan orthogonal au susdit plan de référence et reliés de façon étanche aux éléments d'une boucle fluidique multi-étagée de transfert thermique (C1, C2, C3) cycle réversible, au moins partiellement contenue de façon étanche dans l'enceinte close (1), par un élément (20) de l'une des boucles fluidiques (C1) formant évaporateur, l'échange thermique avec le ou les dispositifs utilisateurs s'effectuant dans un ensemble (3) constitué d'une ou plusieurs enceintes (3A, 3B, 3C) avec matériau ou fluide d'accumulation thermique (22A) indépendantes ou non.
2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérise en ce que les pistons compresseurs (5A, 5B, 5C) coulissants dans leurs cylindres sont entraînés par une came profilée (12), chacun se trouvant à une phase de compression différente des autres et positionnés angulairement autour de ladite came (12) solidaire d'un arbre moteur (11) qui la traverse orthogonalement formant vilebrequin relié par des moyens mécaniques (9) aux pistons moteurs (4A, 4B, 4C).
3. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérise en ce que l'ensemble moteur (4) comporte en combinaison d'une part un élément rotatif (7A) formant conduit unique d'alimentation chronologique des pistons moteurs (4A, 4B, 4C), contenus dans l'ensemble (4), relié par tubulure étanche (28A) au bouilleur extérieur (26, 27), d'autre part un élément rotatif (8) formant conduit unique d'échappement chronologique des pistons moteurs (4A, 4B, 4C) relié par tubulure (8A) à un volant d'inertie (14), solidaire de l'arbre vilebrequin (11 et équipé d'ailettes d'accélération de la vapeur d'échappement détendue dans les cylindres contenant lesdits pistons moteurs.
4. Dispositif suivant la revendication 1 caractérise en ce que l'évaporateur (20) élément constitutif de la boucle fluidique multi-étagée de transfert thermique (3) et situé dans l'enceinte close (1) est contenu dans un matériau d'accumulation thermique (22) avec enveloppe (21) formant dispositif d'inertie et de stockage thermique traversé par une tubulure (23) dans laquelle passe le fluide du circuit moteur en circulation forcée (F1, F2) grâce au volant d'inertie (14).
5. Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérise en ce que l'arbre vilebrequin (11) traverse au moins une paroi (1A) de l'enceinte close (1), et comporte un dispositif d'étanchéité (15, 16, 17, 18, 19) solidaire de ladite paroi constitué d'au moins deux bagues (15, 16) formant capacité étanche de récupération des fuites (17) reliée d'une part par conduit étanche (18) à une capacité déformable (19) formant équilibrage des pressions, située extérieurement à ladite enceinte close (1), d'autre part par conduit étanche (29) à au moins un piston (6D) d'un ensemble de réinjection des fuites à pistons coulissants (6D, 6E, CF), entraînés par une came (12A) solidaire de l'arbre vilebrequin (11) étant précisé que ledit ensemble de réinjection avec came (12A) est contenu dans l'enceinte close (1) et que lesdits pistons de réinjection des fuites sont positionnés dans un plan parallèle au plan des compresseurs (5A, 5B, 5C) et orthogonal au plan de référence contenant les - axes des pistons moteurs (4A, 4B, 4C).
6. Dispositif suivant les revendication 1 et 3, caractérise en ce que la tubulure d'échappement (8A) de l'ensemble moteur (4) traverse un récupérateur de chaleur (8C) formé d'une capacité contenant un matériau ou fluide d'accumulation thermique (8B) qui absorbe la chaleur du fluide détendu le traversant sous l'effet de la rotation du volant (14), ledit échangeur (8C) se prolongeant par une tubulure (8D) jusqu'au dit volant d'inertie d'accélération de l'échappement du fluide moteur détendu dans les cylindres avec pistons moteur (4A, 4B, 4C), et la restitue au fluide condensé traversant le susdit récupérateur (8C) par des tubulures (8E).
7. Dispositif suivant les revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce que l'arbre vilebrequin (11) comporte une came profilée (12B) d'entraînement d'un ensemble de réinjection (6) constitué de pistons coulissants (6A, 6B, 6C) positionnés dans un plan orthogonal au plan de référence des pistons moteurs (4A, 4B, 4C), et refoulant de façon étanche le fuide moteur condensé vers le bouilleur extérieur (26, 27, 39), à travers un conduit (28) prolongé par des tubulures (8E) traversant le récupérateur de chaleur (8C), les axes de déplacement des dits pistons de réinjection et des pistons de compression (5A, 5B, 5C) se trouvant dans des plans parallèles et sont disposés avec un décalage judicieux les uns par rapport aux autres de telle sorte que, à chaque cycle, la réinjection s'effectue dans les phases de moindre travail de compression et de vitesse de déplacement maximale des pistons, afin de procurer, en combinaison avec le profil particulier des cames d'entraînement des pistons compresseurs (12) et de réinjection (12B), un fonctionnement du dispositif à couple constant.
8. Dispositif suivant les revendications 2 et 3, caractérise en ce qu'au moins un des conduits rotatifs (7A, 8) est relié par une chaîne (9A) à un galet (9B) solidaire de l'arbre vilebrequin (11), étant précisé que ce dit conduit rotatif entraîne l'autre par cinématique (9C).
9. Dispositif suivant les revendications 1 et 3, caractérise en ce qu les conduits rotatifs (7A, 8) sont en communication chronologique avec les pistons moteurs (4A, 4B, 4C) par des orifices (4D) contenant des capsules creuses (25A), dont une face est en contact intime avec lesdits conduits, alors que la face opposée est en contact avec le fluide moteur en circulation dans les cylindres des pistons moteurs (4A, 4B, 4C).
10. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les pistons coulissants moteurs (4A, 4B, 4C) et compresseurs (5A, 5B, 5C) comportent une capsule étanche et déformable (24) en contact intime avec les segments d'étanchéité (25) et contenant un fluide dilatable.
EP19860905867 1985-10-16 1986-10-16 Dispositif generateur d'energies multiples a cycle thermique integre Expired - Lifetime EP0244435B1 (fr)

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