EP2283210A2 - Plant for producing cold, heat and/or work - Google Patents

Plant for producing cold, heat and/or work

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Publication number
EP2283210A2
EP2283210A2 EP09754052A EP09754052A EP2283210A2 EP 2283210 A2 EP2283210 A2 EP 2283210A2 EP 09754052 A EP09754052 A EP 09754052A EP 09754052 A EP09754052 A EP 09754052A EP 2283210 A2 EP2283210 A2 EP 2283210A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evap
heat
cond
machine
liquid
Prior art date
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Granted
Application number
EP09754052A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP2283210B1 (en
Inventor
Sylvain Mauran
Nathalie Mazet
Pierre Neveu
Driss Stitou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP2283210A2 publication Critical patent/EP2283210A2/en
Application granted granted Critical
Publication of EP2283210B1 publication Critical patent/EP2283210B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • 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
    • F01K27/00Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/005Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for by means of hydraulic motors
    • 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
    • F01K25/04Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the fluid being in different phases, e.g. foamed
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an installation for the production of cold, heat and / or work.
  • Thermodynamic machines used for the production of cold, heat or energy all refer to an ideal machine referred to as a "Carnot machine".
  • An ideal Carnot machine requires a heat source and a heat sink at two different temperature levels. It is therefore a machine “ditherme”. It is called Carnot machine when it works by providing work, and Carnot machine receiving (also called Carnot heat pump) when it works while consuming work.
  • the heat Q h is supplied to a working fluid Gx from a hot source at the temperature Tj 1
  • the heat Q b is transferred by the working fluid Gj to a cold well at the temperature T b and the net work W is delivered by the machine.
  • the heat pump mode the heat Q b is taken by the working fluid Gj at the cold source T b
  • the heat Q h is transferred by the working fluid to the hot well at the temperature Tj 1 and the net work W is consumed by the machine.
  • the effectiveness of a ditherme machine that is to say, an actual machine running or not as the Carnot cycle, is at most equal to that of the ideal Carnot machine and depends only on the temperatures of the source and the well.
  • the practical realization of the Carnot cycle consisting of two isothermal steps (at temperatures T h and T b ) and two reversible adiabatic stages, faces several difficulties that have not been completely solved so far.
  • the working fluid can remain always in the gaseous state or undergo a change of liquid / vapor state during the isothermal transformations at T h and T b .
  • the object of the present invention is to provide a thermodynamic machine operating in a cycle close to the Carnot cycle, improved over the machines of the prior art, that is to say a machine that works with a change in liquid / vapor state of the working fluid to maintain the advantage of the small required contact surfaces, while substantially limiting irreversibilities in the cycle during the adiabatic steps.
  • An object of the present invention is constituted by an installation for the production of cold, heat and / or work, comprising at least one modified Carnot machine.
  • Another object of the invention is constituted by a method for producing cold, heat and / or work, using an installation comprising at least one modified Carnot machine.
  • a plant for the production of cold, heat and working comprises at least a Carnot machine modified consisting of: a) A 1 assembly includes a Evap evaporator associated with a heat source, a condenser COND associated with a heat sink, a DPD device for pressurizing or expanding a working fluid G T , means for transferring the working fluid G ⁇ between the condenser Cond and DPD, and between the evaporator Evap and DPD; b) 2nd assembly includes two CT transfer speakers and CT 'which contain a transfer liquid L ⁇ and G working fluid ⁇ in the form of liquid and / or vapor, the transfer liquid L ⁇ and the fluid working being two different fluids; c) means for selective transfer of the working fluid G T between the condenser Cond and each of the transfer chambers CT and CT 'on the one hand, between the evaporator Evap and each of the transfer speakers CT and CT', 'somewhere else ; d) means for selective transfer of the liquid L T between
  • modified Carnot cycle means a thermodynamic cycle comprising the steps of the theoretical Carnot cycle or similar steps with a degree of reversibility of less than 100%;
  • modified Carnot machine means a machine having characteristics a), b), c) and d) above;
  • hydraulic converter means either a hydraulic pump or a hydraulic motor: - "hydraulic pump” means a device that uses mechanical energy supplied by the environment to the "modified Carnot machine” for pumping a hydraulic transfer fluid L ⁇ at low pressure and return it at higher pressure;
  • auxiliary hydraulic pump means a device that uses mechanical energy supplied by the environment to the "modified Carnot machine” or taken from the work delivered to the environment by the “modulated Carnot machine” to pressurize either the transfer liquid L ⁇ is the working fluid Gj in the liquid state;
  • hydraulic motor refers to a device that delivers to the environment the mechanical energy generated by the Carnot machine modified by depressurizing the high pressure transfer L ⁇ liquid and returning it to lower pressure;
  • “environment” means any element outside the modified Carnot machine, including heat sources and sinks and any part of the installation to which the modified Carnot machine would be connected;
  • reversible transformation means a reversible transformation in the strict sense, as well as a quasi-reversible transformation.
  • the sum of the entropy variations of the fluid that undergoes the transformation and the environment is zero during a strictly reversible transformation corresponding to the ideal case, and slightly positive during a real, quasi-reversible transformation.
  • the degree of reversibility of a cycle can be quantified by the ratio of the efficiency (or COP coefficient of performance) of the cycle and that of the Carnot cycle operating between the same extreme temperatures. The greater the reversibility of the cycle, the closer this ratio (by lower value) of 1.
  • isothermal transformation means a strictly isothermal transformation or under conditions close to the theoretical isothermal nature, knowing that, under real operating conditions, during a transformation considered as isothermally carried out cyclically, the temperature T undergoes slight variations, such as ⁇ T / T of ⁇ 10%;
  • adiabatic transformation means a transformation without any exchange of heat with the environment or with heat exchanges that are sought to minimize by thermally isolating the fluid that undergoes the transformation and the environment.
  • the process for producing cold, heat and / or working according to the invention consists in subjecting a working fluid G ⁇ to a succession of modified Carnot cycles in an installation according to the invention comprising at least one Carnot machine. changed.
  • a modified Carnot cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation with heat exchange between G ⁇ and the source, respectively the heat sink; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid G ⁇ ; an isothermal transformation with heat exchange between Gj and the well, respectively the heat source; an adiabatic transformation with increasing pressure of the working fluid Gj.
  • the method is characterized in that: the working fluid is in biphasic liquid-gas form at least during the two isothermal transformations of a cycle, the two isothermal transformations produce or are produced by a volume change of G ⁇ concomitant with the moving a transfer liquid L ⁇ which drives or is driven by a hydraulic converter, and as a result, work is supplied or received by the installation via a hydraulic fluid which passes through a hydraulic converter for at least the two isothermal transformations.
  • the work is received or delivered by the installation via a hydraulic fluid that passes through a hydraulic converter during only one of the adiabatic transformations.
  • the Carnot cycle and the modified modified Carnot machine are called "1 type”.
  • the work is received or delivered by the installation via a hydraulic fluid that passes through a hydraulic converter during the two adiabatic transformations.
  • the Carnot cycle amended and modified Carnot machine are called "the 2nd type".
  • FIG. 1 represents the liquid / vapor equilibrium curves for various fluids that can be used as working fluid G T.
  • the saturation vapor pressure P (in bar) is given in ordinate, in logarithmic scale, as a function of the temperature T (in 0 C) given in abscissa.
  • FIG. 2 represents a schematic view of a modified type motor Carnot machine of the 2nd type.
  • Figure 3 shows in the diagram of Mollier refrigerators a motor modified Carnot cycle followed by a working fluid Gj.
  • the pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
  • FIG. 4 shows in a Mollier diagram three Carnot cycles modified engines of the 2nd type which have the same temperature T b of the working fluid during the heat exchange with the cold well and increasing temperatures
  • T h , T h and T h of the working fluid during heat exchange with the hot source are identical to T h , T h and T h of the working fluid during heat exchange with the hot source.
  • FIG. 5 is a diagrammatic representation of a modified motor Carnot machine of the 1st type.
  • FIG. 6 shows in the Mollier diagram of a Carnot cycle modified engine 1 type followed by a Gj working fluid.
  • the pressure P is given in logarithmic scale, as a function of the mass enthalpy h of the working fluid.
  • FIG. 7 represents a schematic view of a 2nd type receiving modified Carnot machine.
  • FIG. 8 represents in the Mollier diagram a modified Carnot cycle of the 2nd type followed by a working fluid Gj.
  • the pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
  • 9 shows a schematic view of a Carnot machine receiving Amended 1st type.
  • Figure 10 shows in the Mollier diagram of a Carnot cycle modified receptor 1 type followed by a G ⁇ working fluid.
  • the pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
  • FIG 11 shows a schematic view of a modified Carnot machine operable according to the user choice according to the motor mode 1 type or of the type 1 receptor.
  • Figures 12a and 12b schematically illustrate two embodiments of modified motor Carnot machines operating between the same extreme temperatures T h and T b and indicating the direction of heat exchange and work between these machines and the environment.
  • Figure 12a shows an embodiment of a thermal coupling at an intermediate temperature level between two modified motor Carnot machines.
  • Figure 12b shows another embodiment with a single motor modified Carnot machine.
  • FIG. 13 diagrammatically represents the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges, in an installation comprising a modified high temperature motor driven Carnot machine mechanically coupled to a low temperature receiving modified Carnot machine.
  • FIG. 14 diagrammatically represents the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges, in an installation comprising a modified low temperature motor driven Carnot machine mechanically coupled to a high temperature receiving modified Carnot machine.
  • FIGS. 15a to 15h schematically represent the heat and work exchanges between a modified Carnot machine (or machine combinations) and the environment, as well as the temperatures of the heat sources and sinks, for 8 examples involving different working fluids.
  • Figures 16, 17 and 18 respectively represent in the Mollier diagrams of water, n-butane and 1,1,1,2-tetrafluoroethane the various modified Carnot cycles which are involved in the 8 examples of FIG. 15.
  • a modified Carnot machine may have a driving machine or receiving machine configuration.
  • the machine may be of the 1st type (exchange of work between the transfer liquid and the environment during an adiabatic transformations) or 2nd type (exchange of work between the transfer liquid and environment during the two adiabatic transformations).
  • a Carnot machine modified may further have a configuration which allows, depending on the choice of the user, an operation in motor mode (1st or 2nd type) or in receiver mode (1st or 2nd type).
  • the method of managing a prime mover comprises at least one step during which heat is supplied to the installation, in order to recover work during at least one of the transformations of the modified Carnot cycle.
  • the method of managing a receiving machine comprises at least one step in which work is being performed at the plant to recover heat at the hot well at T h or to draw heat at the cold source. at T b during at least one of the isothermal transformations of the modified Carnot cycle.
  • the method according to the present invention consists in subjecting a working fluid G T to a succession of cycles between a heat source and a heat sink.
  • the working fluid G T and the transfer liquid Lj are preferably chosen such that G ⁇ is poorly soluble, preferably insoluble in L ⁇ , that G ⁇ does not react with L ⁇ and that G ⁇ in the state liquid is less dense than L ⁇ .
  • Said means may for example consist of interposing between Gj and L T a flexible membrane which creates an impermeable barrier between the two fluids but which poses only a very low resistance to displacement of the transfer liquid and a low resistance to heat transfer.
  • Another solution is constituted by a float which has a density intermediate between that of the working fluid G ⁇ in the liquid state and that of the transfer liquid L ⁇ .
  • a float can constitute a great material barrier, but it is difficult to make it perfectly effective if one does not want friction on the side wall of the CT and CT 'enclosures.
  • the float can constitute a very effective thermal resistance. Both solutions (membrane and float) can be combined.
  • the transfer liquid L ⁇ is selected from liquids which have a low saturated vapor pressure at the temperature of operation of the installation in order to avoid, in the absence of separation membrane as described above, the limitations due to disseminating G ⁇ vapors through the vapor ⁇ L to the condenser or evaporator.
  • ⁇ L can be water, or a mineral or synthetic oil, preferably having a low viscosity.
  • the working fluid G T undergoes transformations in the thermodynamic range of temperature and pressure, preferably compatible with the liquid-vapor equilibrium, that is to say between the melting temperature and the critical temperature. However, during the modified Carnot cycle, some of these transformations may occur in whole or in part in the field of subcooled liquid or superheated steam, or the supercritical domain.
  • a working fluid is preferably selected from pure substances and azeotropic mixtures, to have a monovariant relationship between temperature and pressure at equilibrium liquid - vapor.
  • a modified Carnot machine according to the invention can also operate with a non-azeotropic solution as a working fluid.
  • the working fluid Gj can be for example water, CO 2 , or NH 3 .
  • the working fluid may also be chosen from alcohols having 1 to 6 carbon atoms, the alkanes having from 1 to 18 (more particularly from 1 to 8) carbon atoms, the chlorofluoroalkanes preferably having from 1 to 15 (more especially from 1 to 10) carbon atoms, and partially or fully fluorinated or chlorinated alkanes preferably having from 1 to 15 (more particularly from 1 to 10) carbon atoms.
  • 1,1,1,2-tetrafluoroethane, propane, isobutane, n-butane, cyclobutane or n-pentane may be mentioned.
  • a fluid that can be used as a working fluid can be used as a working fluid or as a receiving fluid, depending on the installation in which it is used, available heat sources, and the desired purpose.
  • the working fluids and the transfer liquids are firstly chosen as a function of the temperatures of the available heat sources and heat sinks, as well as the maximum or minimum saturated vapor pressures desired in the machine, then depending on other criteria such as toxicity, environmental influence, chemical stability, and cost.
  • the fluid G T may be in the CT or CT 'chamber in the state of two-phase liquid / vapor mixture at the end of the adiabatic expansion stage for the engine cycle or adiabatic compression for the receiver cycle.
  • the liquid phase of Gj accumulates at the interface between G T and L ⁇ .
  • the vapor content of G T is large (typically between 0.95 and 1) in the CT or CT 'chambers before the connection of said enclosures with the condenser, it is possible to envisage totally eliminating the liquid phase of G 1 in these speakers.
  • This elimination can be carried out by maintaining the temperature of the working fluid G T in the CT or CT 'enclosures at the end of the communication steps of the CT or CT' and the condenser, to a value greater than that of the fluid.
  • G ⁇ work, in the liquid state in the condenser, so that there is no liquid G ⁇ in CT or CT 'at this time.
  • the installation comprises heat exchange means between the source and the heat sink, which are at different temperatures, and the evaporator Evap, the condenser Cond and the condenser. possibly the working fluid G T in the CT and CT 'transfer chambers.
  • An installation according to the present invention may comprise a motor modified Carnot machine alone, or coupled to a complementary device, depending on the desired purpose.
  • the coupling can be carried out thermally or mechanically.
  • the DPD device consists of a device that pressurizes the working fluid G ⁇ in the liquid state saturated or subcooled liquid, for example a hydraulic auxiliary pump PHA 1 .
  • DPD pressurizing or relaxing comprises on the one hand a compression / expansion chamber ABCD and transfer means associated therewith and on the other hand an auxiliary hydraulic pump PHA 2 which pressurizes the hydraulic transfer fluid L T.
  • the cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation during which heat is supplied at G T from the heat source to the temperature T 1 ,; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid Gj; an isothermal transformation during which heat is supplied by G ⁇ to the heat sink at the temperature T b lower than the temperature Tj 1 ; an adiabatic transformation with increase of the pressure of the working fluid G T -
  • the heat source is at a temperature higher than the temperature of the heat sink.
  • Each cycle is constituted by a succession of steps during which there is a change in the volume of the working fluid Gj.
  • This volume variation causes a displacement of the liquid L ⁇ which drives a hydraulic motor or is caused by a displacement of the liquid L ⁇ which is driven by an auxiliary hydraulic pump.
  • the environment can be an ancillary device that transforms the work provided by the installation into electricity, heat or cold.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a modified driving Carnot machine of the 2nd type, which comprises a Evap evaporator, a condenser COND, a compression chamber / isentropic expansion ABCD, a hydraulic motor MH, an auxiliary hydraulic pump PHA 2 and two speakers of CT and CT 'transfer.
  • a first circuit exclusively containing the working fluid G T
  • a second circuit exclusively containing the transfer liquid Lj.
  • Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled valves.
  • the evaporator Evap and the condenser Cond exclusively contain the fluid G ⁇ in general in the state of liquid / vapor mixture.
  • said working fluid G T can be in the supercritical range at said temperature T h and under these conditions the Evap evaporator contains only G T in the gaseous state.
  • the motor MH and the pump PHA 2 are traversed exclusively by liquid L ⁇ .
  • the elements ABCD, CT and CT constitute the interfaces between the two circuits (G T and L T ) and they contain the hydraulic transfer fluid L T in the lower part and / or the working fluid G T in the liquid state. , vapor or liquid-vapor mixture in the upper part.
  • ABCD is connected to Cond and Evap by circuits containing G ⁇ and closable respectively by solenoid valves EV 3 and EV 4 .
  • Evap is connected to CT and CT 'by circuits containing G T and closable respectively by solenoid valves EV 1 and EV 1 .
  • Cond is connected to CT and CT 'by circuits containing G ⁇ and closable respectively by solenoid valves EV 2 and EV 2.
  • the closure means are two-way solenoid valves.
  • Other types of controlled or non-controlled valves may, however, be used, such as pneumatic valves, slide valves, or check valves.
  • Some pairs of two-way valves i.e., having an input and an output
  • three-way valves one input, two outputs, or two inputs and one output).
  • Other possible valve associations are within the reach of those skilled in the art.
  • the liquid passing through the hydraulic motor always flows in the same direction.
  • the high pressure transfer liquid L ⁇ is always connected to the motor MH at the same inlet (on the right in FIG. 2) and the transfer liquid L ⁇ at low pressure is always connected to the MH motor at the same output (on the left in Figure 2).
  • a set of solenoid valves can connect them to the appropriate input / output of the MH engine.
  • the hydraulic motor MH is connected in input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L ⁇ at high pressure and closable respectively by solenoid valves EV h and EV h' , at the output (or downstream) at CT and CT 'by a circuit containing L ⁇ at low pressure and closable respectively by solenoid valves EV b and EV b ' .
  • the high pressure is in the chamber CT 'and the low pressure in CT; the solenoid valves EV h ' and EV b are open and the solenoid valves EV 11 and EV b' are closed; the transfer liquid flows through MH from right to left.
  • the axis AX of the hydraulic motor MH is connected to a receiver (that is to say a labor consuming element), either directly or via a conventional coupling.
  • the receiver is an alternator ALT, coupled directly to the axis of the hydraulic motor, and the auxiliary hydraulic pump PHA 2 is connected via a magnetic clutch EM.
  • Other coupling modes such as a cardan, a belt, a magnetic or mechanical clutch can be used.
  • other receivers may be connected on the same axis, for example a water pump, a receiving modified Carnot machine, a conventional heat pump (with mechanical steam compression). If necessary, a flywheel can also be mounted on this axis to promote the sequencing of the receiving and driving stages of the cycle.
  • a modified Carnot cycle can be described in the Mollier diagram of the refrigeration engineers, which gives the pressure P, in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
  • Figure 3 shows the Mollier diagram of the engine modified Carnot cycle followed by the working fluid Gj.
  • the isentropic expansion step of the saturated steam at the outlet of the evaporator can lead to a two-phase mixture or to superheated steam.
  • the case of biphasic mixing is represented by the trajectory between dots "c” and "d” and the case of superheated steam is represented by the trajectory between points "c” and "d vs " in continuous line.
  • the steam at the outlet of the evaporator can be superheated so that after the isentropic expansion there is only superheated steam or the saturated limit.
  • This 3 rd case is shown in Figure 3 by the trajectory between points "c vs" and "d vs" in phantom.
  • the heat exchange can be done in an exchanger integrated in the circuit of L ⁇ , said L ⁇ exchanging in turn with Gx at their interface in CT and CT '.
  • the exchange can further be performed at the sidewall of CT and CT '. It is this last possibility which is represented in FIG. 2, on which heat at the temperature Tj is brought to Cx.
  • the engine modified Carnot cycle is constituted by 4 successive phases beginning respectively at the instants t ⁇ , I 7 , t ⁇ and t ⁇ . It is described below with reference to the abcd vs -ea cycle of the Mollier diagram shown in FIG. 3. The principle is identical for the cycle abc vs -d vs -ea.
  • the level of L ⁇ is low (denoted B) in ⁇ BCD and the cylinder CT, cl high (denoted II) in the cylinder CT '.
  • the saturation vapor pressure of Gx has a low value P b in ABCD and CT, and a high value P h in Evap and CT '. It is at this moment in the cycle that the configuration of the installation shown schematically in FIG.
  • the Gj vapor contained in CT ' continues to expand, but in a quasi-adiabatic manner (transformation c -> d -> d vs on the Mollier diagram, FIG. 3) and still forces the transfer liquid L ⁇ through the MH engine in the CT cylinder.
  • this transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c ⁇ d) which ends, according to the fluid G ⁇ , in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d
  • the second part of the cycle is symmetrical: the evaporator, the condenser and ABCD are the seat of the same successive transformations, while the roles of the CT and CT 'are reversed.
  • Phase ⁇ (between instants tg and tj): It is equivalent to the ⁇ phase but with inversion of the CT and CT 'transfer chambers.
  • Phase ⁇ (between instants t ⁇ and t,):
  • the evaporator is isolated from the rest of the circuit during the ⁇ and ⁇ phases whereas the heat input by the hot source at T h is a priori continuous. Under these conditions there will be during these phases of isolation a rise in temperature and therefore in pressure in the evaporator and then a sudden drop at times t ⁇ and t ⁇ reopening valves EVi or EV 1 ' .
  • the transfer liquid Ly is incompressible, and that the level variations that occur simultaneously in the three enclosures ABCD, CT and CT 1 do not therefore are not independent. Moreover, these level variations of L ⁇ result or involve concomitant variations in the volume of the fluid G ⁇ .
  • This results in the following equation between the mass volumes of Gj at different stages of the cycle: v e - v a v dvs - v c (eq 1) V; being the mass volume of G ⁇ in the thermodynamic state of point "i", where "i” is respectively e, a, d vs and c.
  • the point -e- in the Mollier diagram is close to the point - a- (or even confused with) as represented schematically with the cycle a "-b "- c" -d vs -e "-a"
  • the point -e- moves away from the point -a- and close to the point -d vs -
  • the abcd vs -a cycle is preferable provided a heat source is available at the temperature T h sufficient for a temperature of the well T b fixed.
  • the difference in temperature (T h -T b ) between the two isothermal transformations of the engine modified Carnot cycle can not exceed a certain value ⁇ T max , a function of one of the temperatures (T h or T b ) and the selected working fluid G ⁇ .
  • ⁇ T max a certain value of one of the temperatures (T h or T b ) and the selected working fluid G ⁇ .
  • the performance of the modified Carnot machine depends in particular on this value ⁇ T max .
  • the ratio v a / v c is as close as possible to 1 (per value lower), preferably 0.9 ⁇ v a / v c ⁇ 1 and more particularly 0.95 ⁇ v a / v c ⁇ 1.
  • thermodynamic transformations of this preferred embodiment are summarized in Table 3, and the state of the actuators (electro valves and pump clutch PHA 2 ) is summarized in Table 4 wherein x means that the corresponding solenoid valve is open or that the PHA 2 pump is engaged.
  • the transfer liquid L ⁇ is sucked by the pump 2 and PHA discharged at a higher pressure to ABCD thereby compressing isentropically the liquid / vapor Gj contained in this chamber.
  • this step corresponds to the following simultaneous transformations: a -> b in the ABCD enclosure; b ⁇ c in the Evap-CT 'set.
  • Phase ⁇ (between instants t ⁇ and ts): At time I 7 , that is to say when the level of L ⁇ has reached the predefined values (J in CT 'and H in ABCD), we close EV 1 - and EV 4 , leave EV h - open and open solenoid valves EV 2 , EV 3 , EV b and EV r . It follows that :
  • the vapor of G ⁇ contained in CT ' continues to expand, but adiabatically or quasi-adiabatically that is to say according to the transformation c -> d (optionally followed by d -> d vs) and discharges the transfer liquid L ⁇ through the MH in the engine cylinder CT.
  • This transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c -> d) that ends up according to the fluid G T in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d
  • CT 'walls maintained at a temperature sufficient to allow it (between T b and T h ).
  • the enclosure ABCD in communication with the condenser is brought back to the low pressure and the transfer liquid Lj that it contains in its lower part flows by gravity towards CT which must therefore be preferentially below ABCD.
  • the electrovalve EV r is opened a little before the solenoid valve EV 3 and if there remains a little G T in the saturated liquid state in the upper part of ABCD, then the depressurization of L ⁇ during the put in communication with CT induces a partial or total vaporization of said rest of G ⁇ liquid initially at the high pressure P h . Under these conditions the pressure upstream of EV 1 .
  • the vapor of G ⁇ contained in CT condenses in the condenser Cond (transformation d or d vs - »a).
  • the condensates do not accumulate in Cond because they flow by gravity to the enclosure ABCD. From an energy point of view, during this ⁇ phase, heat Qj 3 is released at the condenser at T b , a little heat (taken from the hot source at T h ) is optionally consumed at CT ' to ensure the overheating d - »d vs and a work W ⁇ is also delivered to the outside.
  • the other half of the cycle is symmetrical: the phase ⁇ (between the instants t ⁇ and t ⁇ ) is equivalent to the ⁇ phase but with reversal of CT and CT 'transfer chambers. the phase ⁇ (between the instants t ⁇ and t ⁇ ) is equivalent to the ⁇ phase but with inversion of the CT and CT 'transfer speakers.
  • the installation operates at a steady state in which the hot source continuously supplies heat at the temperature T h at the evaporator Evap, heat is continuously delivered by the condenser Cond cold well at the temperature T b , and work is continuously delivered by the machine.
  • the device of pressurization / relaxation Cond placed between the condenser and the evaporator Evap includes a PHAi auxiliary hydraulic pump and an EV 3 solenoid valve in series.
  • Figure 5 is a schematic representation of the device. The elements identical to those of the driving machine of 2 nd type are designated by the same reference.
  • the solenoid valve EV 3 can be replaced by a simple non-return valve, which can itself be integrated in the PHA 1 pump.
  • the working fluid G ⁇ in the saturated liquid state at the outlet of the condenser Cond is directly pressurized by the pump PHAi and introduced into the evaporator Evap.
  • the steps of the Carnot cycle modified engine 1 type are described below for the points that differ from what was described above for the modified Carnot cycle engine 2nd type in its general configuration.
  • the first cycle is carried out from an initial state in which the working fluid Gj is maintained in the evaporator Evap at high temperature and in the condenser Cond at low temperature by heat exchange respectively with the hot source at T h and the cold well at T b , and all the communication circuits of the working fluid G ⁇ and the transfer liquid L ⁇ are closed.
  • the saturated vapor G exiting the evaporator ⁇ P h enters CT 'and discharges the transfer liquid L ⁇ at an intermediate level (denoted J).
  • L ⁇ passes through the MH engine while relaxing, which produces work.
  • the work necessary for PHAi is provided by an independent electric motor, not shown.
  • the pump PHAi can be connected to the axis of the hydraulic motor via the magnetic clutch EM, so that during this step, part of the work delivered by the hydraulic motor is recovered by the pump Phai.
  • the transfer liquid L After being expanded by MH, the transfer liquid L is discharged in ⁇ CT.
  • L T passes from the low level to the intermediate level (noted I), forces the vapors of G ⁇ towards the condenser where they condense.
  • the working fluid G ⁇ in the saturated liquid state is sucked by the pump PHAi and discharged at higher pressure to Evap where it enters the state of subcooled liquid.
  • this step corresponds to the following simultaneous transformations: a - »b between the condenser and the evaporator; b -> bi ⁇ c in the Evap-CT 'set; d vs - »e in all CT-Cond.
  • auxiliary hydraulic pump PHAi is not running and that the solenoid valve EV 3 is not open if there is no liquid G T upstream of this pump.
  • a liquid level sensor may be provided as a safety element to stop the pump and close the solenoid valve if necessary.
  • the evaporation of Gj in Evap is continuously compensated by the contributions of liquid G ⁇ from the condenser so that the level of G ⁇ liquid in the evaporator is approximately constant.
  • this transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c -> d) which, depending on the fluid G ⁇ used, ends in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d - d vs ) by the CT 'walls maintained at a temperature sufficient to allow it (between T b and T h ). Due to the rise of the level of L T (from I to H) in CT, the rest of the Gj vapor in CT condenses in Cond (transformation e- »a). As in the previous step the condensates are aspirated by PHAi as they accumulate at the bottom of the condenser.
  • the open circuits are closed at time tp, except that allowing the transfer of G ⁇ between Cond and Evap (by EV 3 ), the circuit of G ⁇ is opened between Evap and CT (by EVi) on the one hand, between CT 'and Cond (by EV 2' ) on the other hand, and the circuit is opened allowing the transfer of L T from CT to CT 'via the hydraulic motor MH (by EV h and EV b ), so that: * G ⁇ warms up and evaporates in Evap and the saturated vapor of G ⁇ leaving Evap at the high pressure P h , enters CT and forces L ⁇ to an intermediate level J;
  • G T in the state of saturated or subcooled liquid arrives in the lower part of Cond condenser where it is sucked as and by PHAi, then discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap; at time t ⁇ , the circuit of G T is closed between Evap and CT (ie closure of EVi) so that:
  • the point “e” is always between the points “a” and “d vs " in the Mollier diagram and the temperatures T b and T 1 can be set in a totally independent way without affecting the operation of the machine.
  • the Carnot machine motor Amended 1st type is simpler in its functioning and comprises fewer components.
  • the transformation b - »b f generates significant irreversibilities which has an adverse effect on cycle efficiency.
  • the increase in the difference (T h -T b ) has, conversely, a positive effect on this yield, it is possible, depending on the thermodynamic conditions and the fluid G ⁇ chosen, that the efficiency of the Carnot machine modified driving of 1st type is ultimately greater than that of the modified driving Carnot machine of the 2nd type, including in its preferred configuration.
  • the heat source is at a temperature T b lower than the temperature T h of the heat sink.
  • Each cycle consists of a succession of steps in which there is a change in the volume of the working fluid G ⁇ . This volume variation causes or is caused by a displacement of the liquid L ⁇ .
  • the installation consumes work and restores it during other stages, but on the complete cycle, there is a net consumption of work provided by the environment by means of a hydraulic pump PH.
  • the adiabatic expansion step is isenthalpic rather qu'isentropique. Indeed the work likely to be recovered during isentropic relaxation is low compared to the work involved during the other stages of the cycle.
  • the isenthalpic expansion requires only a simple irreversible adiabatic expansion device, the pressurizing or relaxing device may be a capillary or an expansion valve.
  • the pressurizing and expansion device is an adCDatic compression / expansion bottle ABCD and the associated transfer means.
  • the coefficient of performance, or amplification of the Carnot machine receiving modified to be slightly reduced (but still higher than the equivalent machines of the prior art) but with a significant simplification of the process and a lower cost.
  • the process of the invention is a succession of modified receptor Carnot cycles
  • the heat source is at a temperature T b lower than the temperature T h of the heat sink.
  • Each cycle is constituted by a succession of steps during which there is a change in the volume of the working fluid Gj. This change in volume causes or is caused by a displacement of the liquid L T.
  • the installation consumes work and restores it during other stages, but on the complete cycle, there is a net consumption of work provided by the environment by means of a hydraulic pump PH.
  • FIG. 7 represents a schematic view of a 2nd type receiving modified Carnot machine which comprises an Evap evaporator, a Cond condenser, an ABCD isentropic compression / expansion chamber, a hydraulic pump PH and two CT and CT transfer chambers. .
  • These different elements are connected to each other by a first circuit exclusively containing the working fluid G ⁇ , and a second circuit exclusively containing the transfer liquid L ⁇ .
  • Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled or non-controlled means.
  • the controlled valves are two-way solenoid valves. Other types of valves However, these controls may be used, such as pneumatic valves, slide valves, or check valves. Some pairs of two-way valves (ie, having an input and an output) may be replaced by three-way valves (one input, two outputs or two inputs and one output). Other possible valve associations are within the reach of those skilled in the art.
  • the evaporator Evap and the condenser Cond exclusively contain the fluid G ⁇ in general in the state of liquid / vapor mixture. However, according to the working fluid G ⁇ and the temperature T h of the hot well, said working fluid G ⁇ can be in the supercritical range at T h and under these conditions the condenser Cond contains only G ⁇ in the state gaseous.
  • the PH pump is traversed exclusively by liquid L ⁇ .
  • the elements ABCD, CT and CT constitute the interfaces between the two circuits (G ⁇ and Lj). They contain the hydraulic transfer fluid Lj in the lower part and / or the working fluid G T in the liquid state, vapor or liquid-vapor mixture in the upper part.
  • ABCD is connected to Cond and Evap by circuits containing G ⁇ and closable respectively by solenoid valves EV 3 and EV 4 .
  • Evap is connected to CT and CT 1 by circuits containing G T and closable respectively by solenoid valves EV 1 and EV-.
  • the pump PH is connected at the input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L x at low pressure and closable respectively by solenoid valves EV b and EV b > at the output (or downstream) at CT and CT by a circuit containing L ⁇ at high pressure and closable respectively by solenoid valves EV h and EV h ' .
  • the solenoid valves EV h - and EV b are open and the solenoid valves EV h and EV b . closed, the transfer liquid flows through PH from left to right.
  • the high pressure is then in CT and the low pressure in CT ', and the electro valves EVj 1' and EV b are closed and solenoid valves EV h and EV b ' are open but the transfer liquid passes through the hydraulic pump in the same direction (from left to right).
  • ABCD is connected in its lower part by two branches in parallel with the circuit containing the transfer liquid L ⁇ .
  • the branch closable by the solenoid valve EVj is connected to the high pressure circuit of L ⁇
  • the branch closable by the solenoid valve EV r is connected to the low pressure circuit.
  • the axis of the hydraulic pump PH must be connected to one or more motor devices (ie providing work) either directly or via a conventional coupling, such as a cardan, a belt , a clutch (magnetic or mechanical).
  • motor devices ie providing work
  • a conventional coupling such as a cardan, a belt , a clutch (magnetic or mechanical).
  • the axis AX is connected to an electric motor ME via a magnetic clutch.
  • EMi while another magnetic clutch EM 2 allows the coupling to other engines such as a hydraulic turbine, a gasoline or diesel engine, a gas engine, or a motor modified Carnot machine.
  • a flywheel can also be mounted on this axis to promote the sequencing of the receiver and motor stages of the cycle.
  • the device for introducing the working fluid G ⁇ into the evaporator is adapted so that G ⁇ is introduced in the liquid state into the evaporator but after the saturated liquid (point 3 of the Mollier diagram, FIG. either relaxed, and thus by occupying more volume and with a gaseous sky above the remaining liquid (point 4 of the Mollier diagram, figure 8).
  • One solution, among others conceivable, is to introduce a flexible suction tube with its suction end fixed to a float in ABCD and just below the waterline.
  • the enclosure ABCD must be placed above the liquid level G ⁇ in the evaporator (as shown in FIG. 7) and above CT and CT 'so that the evacuation is of G ⁇ liquid either L ⁇ in a tank or the other can be done by gravity.
  • the modified modified Carnot cycle is constituted by 4 successive phases beginning respectively at the instants t ⁇ , t ⁇ , t ⁇ and t ⁇ . Only the cycle l-2 vs -3-4-5-l is described below because the variant with the point "l vs " does not bring any modification of principle.
  • CT follow the same pressure evolution which, given the small amount of vapor, is not accompanied by a significant variation in the level of L ⁇ in CT.
  • the transfer of liquid L ⁇ downstream PH isentropically compresses the G ⁇ vapors contained in CT 1 .
  • the pressures upstream and downstream of the pump PH equilibrate at time t p .
  • t ⁇ and t p there is theoretically no net consumption of work provided by the pump PH.
  • the duration tp-t ⁇ is short because there is during this step no heat transfer.
  • the solenoid valves EV 1 and EV 4 are opened.
  • Phase ⁇ (between instants U and U) and phase ⁇ (between instants t ⁇ and t ")
  • G ⁇ is maintained in the condenser Cond at high temperature by heat exchange with the hot well at Tj 1 , and in the evaporator Evap at a temperature less than or equal to T h by heat exchange with a medium external to the machine, said medium initially having a temperature T h .
  • a net work is consumed by the hydraulic pump PH, Cond condenser continuously discharges heat to the hot well at high temperature T h , and heat is continuously consumed by Evap Evaporator, with production of cold to the external environment in contact with said evaporator Evap, the temperature T b of said external medium being strictly lower than T h .
  • G ⁇ is maintained in the evaporator Evap at low temperature by heat exchange with the cold source at T b
  • G ⁇ is maintained in the condenser Cond at a temperature T h > T b by heat exchange with a medium external to the machine, said medium initially having a temperature> T h .
  • a net job is consumed by the hydraulic pump PH
  • the cold source at T b brings heat continuously to the evaporator Evap
  • the Cond condenser continuously discharges heat to the hot well, the installation producing heat to the outside environment in contact with said condenser Cond, the external medium having a temperature T h > T b .
  • the modified receiving Carnot machine of the 2nd type is found in the ⁇ state of the cycle.
  • the various thermodynamic transformations followed by the fluid Gj, and the levels of the transfer liquid Lj are summarized in Table 7.
  • the state of the solenoid valves is summarized in Table 8, in which "x" means that the corresponding valve is open.
  • the work consumption is continuous during the cycle time (except between the instants t ⁇ and tp on the one hand, t ⁇ and tg on the other hand), but not always at Constant power since the pressure difference across the hydraulic pump may vary.
  • the average power over one cycle remains constant from one cycle to another, when a steady state of operation is reached and if the temperatures T h and T b remain constant.
  • the condenser is isolated from the rest of the circuit during the ⁇ and ⁇ phases while the heat removal at the hot well at T h is a priori continuous.
  • V 5 - V 3 V 1 - V 2Vs (eq 2)
  • Vj being the mass volume of G ⁇ in the thermodynamic state of the point "i", "i” being respectively the points 5, 3, 1 and 2 VS.
  • Examples of constant specific volume curve are shown in phantom in Figure 8.
  • the mass volume at point "3" is always the weakest of the cycle, we always have, whatever T h and T b , the following double inequality:
  • the pressurizing / expansion device is interposed in series between the condenser and the evaporation Cond tor Evap, it comprises a single expansion device such as for example an expansion valve VD, or a capillary and possibly in series an electro valve EV 3 .
  • a single expansion device such as for example an expansion valve VD, or a capillary and possibly in series an electro valve EV 3 .
  • FIG. 9 Such a device is shown in FIG. 9, in which the legends have the same meaning as the other figures, and the combination VD and EV 3 constitutes the expansion device.
  • the working fluid G x in the saturated liquid state at the outlet of the condenser Cond is directly expanded and introduced into the evaporator Evap.
  • Phase ⁇ (between instants t "and t ⁇ ):
  • the working fluid G x in the saturated liquid state at high pressure P h is expanded by the valve V D and then introduced in the biphasic mixture state in the evaporator Evap, which compensates in mass the exit of G x gaseous towards CT.
  • this step corresponds to the following simultaneous transformations: the 3 -> 4 transformation between Cond and Evap; the 4 -> 5 transformation in the Evap-CT set; transformation 1 -> 2 VS in CT '.
  • the working fluid G x retained is supposed to lead to the outcome of this isentropic transformation in the superheated steam range.
  • the G ⁇ vapors contained in CT 'desuperhuffle ie the transformation 2 VS -> 2 g partly in CT'
  • condense completely in the condenser transformation 2 vs ⁇ 2 g ⁇ 3
  • the fluid G 7 in the saturated liquid state is expanded by V D and introduced into the evaporator.
  • Phase ⁇ (between instants t ⁇ and tg) and phase ⁇ (between instants ts and t ⁇ ):
  • the choice of one or the other type of receiving machine will be made according to the means available, including the temperature of the source and the heat sink, and the working fluid Gj, and the target result.
  • a same modified Carnot machine can alternately provide, depending on the user's choice, either the motor function or the receiver function.
  • said modified Carnot machine will be qualified as "versatile".
  • This possibility implies that the machine has the constituent elements necessary to satisfy each of the two operating modes (motor or receiver) as described above and additional elements making it possible to switch from one mode to another, the two modes being unable to operate simultaneously.
  • Many constituent elements necessary for each mode can be identical; these are elements Cond, Evap, CT, CT ', most of the controlled valves and some parts of the circuits of G ⁇ and L ⁇ . It is therefore unnecessary to duplicate these elements in the versatile modified Carnot machine.
  • Other elements are specific to a mode.
  • the DPD device associating ABCD chamber and the solenoid valves EV EV 3 and 4, as described in Figure 2, allows the operation of 2nd type motor mode but not the operation in receiving mode of the 2nd type, such as described in Figure 7. the reciprocal is not true: the DPD device associating ABCD chamber and the solenoid valves EV EV 3 and 4, as described in Figure 7, allows the operation in receiving mode of 2nd type or engine of 2 nd type.
  • a second example use of mismatch in the two modes further relates to the DPD devices but for Carnot machines modified to Type 1: the auxiliary hydraulic pump 1 PHA ( Figure 5) can not ensure the function of expansion of the working fluid as the expansion valve VD or the capillary C ( Figure 9) and vice versa.
  • the hydraulic converter is either a pump or a motor. However, there are converters that can perform both functions in the direction of fluid flow.
  • Figure 11 schematically represents a multipurpose modified Carnot machine that can provide the choice of the user to be the function of Carnot machine motor Amended 1 type or the Carnot machine function receiving Amended 1st type.
  • the three other combinations of the two types are also possible: driving and driven of 2nd type, driving of 1st type and receiving of 2nd type, driving of 2nd type and receiving of 1st type. Selecting the operating mode (motor or receiver) does not require sophisticated means.
  • the solenoid valves EV 3M t e 3R EV are opened and closed (closed and opened respectively) if the engine mode is selected (the receive mode, respectively).
  • These two solenoid valves EV 3M and EV 3R can be replaced by a three-way valve.
  • the hydraulic pump and the hydraulic motor are considered as two separate hydraulic converters; depending on the selected mode of operation, motor or receiver, one or the other of the converters is active according to the opening of the three-way solenoid valve EV RM , the said EV RM can be replaced by two solenoid valves two ways or any other actuator on the transfer liquid circuit.
  • a modified Carnot machine can be coupled with a complementary device, by a thermal coupling or by a mechanical coupling.
  • a modified driving or receiving Carnot machine according to the invention may be thermally coupled at its condenser and / or evaporator to a complementary device.
  • the thermal coupling can be carried out by means of a heat transfer fluid or a heat pipe, or by direct contact or by radiation.
  • the complementary device may be a driving or receiving thermodynamic machine.
  • the two most interesting cases concern the coupling of a motor modified Carnot machine and a driving thermodynamic machine or the coupling of a receiving modified Carnot machine and a receiving thermodynamic machine.
  • the thermodynamic machine (motor or receiver) receives heat from the condenser of the modified Carnot machine (respectively driving or receiving) or gives heat to the evaporator of the modified Carnot machine (respectively driving or receiving).
  • Said driving or receiving thermodynamic machines can be a 2 nd modified Carnot machine motor (1 type or 2nd type) or receptor different from the first (1 type or 2nd type).
  • FIGS. 12a and 12b One embodiment of a thermal coupling between two modified motor Carnot machines is diagrammatically illustrated in FIGS. 12a and 12b.
  • Figure 12a shows the temperature levels of heat sources and sinks and the direction of heat and work exchanges between machines or with the environment.
  • a first so-called high temperature machine (HT) operates between a heat source at the temperature T h and a heat sink at the intermediate temperature T m i, and it contains a working fluid G T j.
  • a second machine, called low temperature (BT) operates between a heat source at T m2 and a heat sink at the temperature T b , and it contains a working fluid G T2 .
  • HT high temperature machine
  • BT low temperature
  • Temperatures are such that Th> T ml > T m2 > T b > T am bi an te- If the heat transfer at the condenser of the HT machine and the evaporator of the BT machine is infinitely efficient (due to of an exchange surface and / or infinite exchange coefficients) the temperature T ra i and T m2 are substantially equal.
  • the quantity of heat Q h is supplied to the HT machine at the temperature T h for the evaporation of the fluid G T i
  • the heat Q b produced at the temperature T b by the condensation of the fluid G T2 is transmitted to the environment.
  • the heat transfer between the source at T ml and the well at T 1112 is integral, that is to say that there is equality of Q m i and Q m2 , noted simply Q m in this case.
  • the heat transfer between the source at T m i and the well at T 1112 is partial, that is, say Q ml is greater than Q m2 and the difference is delivered to the user.
  • the working fluids Gj i and Gj 2 may be identical.
  • the working quantities Wi and W 2 are supplied respectively by the machine HT and the machine BT.
  • the thermal cascade association of modified motor Carnot machines can involve machines of the same types ( 1st or 2nd ) or of different types.
  • a 1 advantage of the association in cascade of two machines Carnot mo- EU and EFTA drive of 2nd type lies in the fact that the temperature T h -T amplitude b is not limited as in the use of a single modified driving Carnot machine of 2nd type (due to the condition on the specific volumes expressed by equation (I)).
  • the overall efficiency of the cascade association can always become greater than that of the machine alone when the difference (T h -T b ) of said association becomes greater than the maximum variation allowed for said single machine.
  • a 2nd advantage of the association in cascade of two machines Carnot modified drive, 1 st or 2nd type, is that each pressure amplitude of G ⁇ i working fluids and Gj 2 is lower than that of working fluid of the single engine modified Carnot machine (1 st or 2 nd type) operating between the same extreme temperatures T h and T b .
  • a cascade coupling can be performed using more than two modified motor Carnot machines, according to the same principle.
  • the ere the machine is supplied with heat at the highest temperature T h for evaporating a working fluid, and the last cascade machine releases to the environment, the heat generated by the condensing temperature the lower T b , T b is nevertheless greater than the temperature of said environment.
  • each intermediate machine receives the heat released by the condensation of the working fluid of the machine that precedes it, and transfers the heat released by the condensation of its own working fluid to the machine that follows it.
  • Each machine provides a quantity of work to the environment.
  • Two modified receiving Carnot machines may be cascaded in a manner analogous to that described above for the engines.
  • the work and heat flows are in the opposite direction to those shown in Figure 12a.
  • the cascade association of two modified receiving Camot machines has the significant advantage of reducing the pressure amplitude of each of the working fluids G T i and G T2 relative to that of the working fluid found in a single receiving modified Carnot machine, whether of the 1st or 2nd type, and operating between the same extreme temperatures T b and T h .
  • a modified Carnot machine according to the invention may be mechanically coupled to a complementary device at the hydraulic motor if the machine is driving or the hydraulic pump if the machine is receiving.
  • the mechanical coupling can be effected by means for example of a belt, a gimbal, a magnetic clutch or not, or directly on the shaft of the hydraulic motor or the hydraulic pump.
  • the complementary device may be a motor device, for example an electric motor, a hydraulic turbine, a wind turbine, a gasoline engine, a gas engine, a diesel engine, or other engine modified Carnot machine.
  • the complementary device may be a receiver device, for example a hydraulic pump, a transport vehicle, an alternator, a mechanical vapor compression heat pump, an air compressor, or another receiving modified Carnot machine.
  • the complementary device may further be a motor-receiver device such as a flywheel for example.
  • a particularly preferred embodiment of mechanical coupling is to couple a modified motor Carnot machine and a receiving modified Carnot machine.
  • a 1st embodiment of an installation comprising a Carnot machine modified motor mechanically coupled to a Carnot machine modified receiver is shown schematically in Figure 13 with the temperature levels of the sources and heat sinks and the direction of the exchanges of heat and work.
  • the prime mover contains a working fluid G TJ . It receives a quantity of heat Qj, from a source at temperature Tj 1 , it releases a quantity of heat Q 1nM at a temperature T mM and a work W.
  • the temperature T h of the source is necessarily greater than temperature T mM of the heat sink.
  • the receiving machine contains a working fluid G T2 - It releases a quantity of heat Q mR at a temperature T 1nR . She receives a quantity of heat Q b from a source at temperature T b and the work W released by the prime mover.
  • the temperature T b of the source is necessarily lower than the temperature T mR of the heat sink.
  • T b the production of cold at T b .
  • T b the ambient outside temperature Tambiant_corrosion > the two mean temperatures T mM and T m R are equal and the amplification coefficient (Q mR + Q mM ) / Q h is greater than 1.
  • a 2 nd embodiment of an installation comprising a machine
  • Motor modified carnot mechanically coupled to a modified receiving Carnot machine is shown schematically in FIG. 14 with the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges.
  • the prime mover contains a working fluid G T2 - It receives a quantity of heat Q 1nM from a source at the temperature T m , it releases a quantity of heat Q b at a temperature T b and a work W.
  • temperature T m of the source is necessarily greater than the temperature T b of the heat sink.
  • the receiving machine contains a working fluid Gy 1 . It releases a quantity of heat Q h at a temperature T h . It receives a quantity of heat Q mR from the source at the temperature T m and the work W released by the prime mover.
  • the temperature T m of the source is necessarily lower than the temperature T h of the heat sink.
  • An installation according to the invention makes it possible to obtain a quantity of heat at a temperature higher than the temperature of the heat source available without consuming work provided by the environment.
  • This application is particularly interesting when there is unused heat rejection and that it is needed at higher temperatures.
  • An installation according to the present invention can be used to produce, from a heat source, electricity, heat or cold.
  • the installation includes a modified motorized Carnot machine or a modified receiving Carnot machine, associated with a suitable environment.
  • the working fluid and the transfer hydraulic fluid are selected according to the purpose, the temperature of the available heat source and the temperature of the available heat sink.
  • a modified receiving Carnot machine can be used in the whole field of refrigerating machines and heat pumps: freezing, refrigeration, so-called "reversible” air-conditioning, that is, cooling in the summer and heating in the winter.
  • CMV mechanical steam compression refrigeration machines
  • COP Q t / W
  • COA Q m / W
  • these coefficients are much lower than (- about 50%) to those of the Carnot machine and therefore of the modified receiving Carnot machine of the present invention in particular 2nd type and to a lesser extent of the 1st type.
  • Replacing existing CMV machines with modified receiving Carnot machines would reduce the electrical energy required to meet the same needs.
  • the reasonable pressure range for the working fluid Gj of a modified receiving Carnot machine is between about 0.7 bar and about 10 bar.
  • Carnot modified motor machines can be used for centralized or dispersed electrical production, production work for water pumping, desalination of seawater, etc., production work for a machine ditherme c ' that is to say for purposes of heating or refrigerating production and in particular a receiving modified Carnot machine.
  • the advantages of a motor modified Camot machine and those of a modified receiving Carnot machine can be cumulated by combining the two machines. Indeed, the mechanical - electrical conversion is then no longer necessary, which eliminates the slight loss of efficiency that such conversion implies.
  • An installation according to the invention can be used for the centralized production of electricity from a centralized heat source at high temperature, produced for example by a nuclear reaction. A nuclear reaction produces heat at 500 ° C.
  • this heat involves either the use of a motor fluid compatible with this high temperature, or the implementation of an intermediate step using an overheated steam turbine. between 500 and 300 ° C., the heat at 300 ° C. being then supplied to a motor modified Carnot machine which would operate between this hot source at 300 ° C. and the cold well of the external environment. With such a difference in temperature it is necessary to combine in thermal cascade at least two modified motor Carnot machines involving different working fluids. For the higher temperature machine, water is well suited as a working fluid. In this configuration the advantage conferred by the invention is that the overall efficiency of electrical production is better than that of current nuclear power plants.
  • An installation according to the invention can be used for the decentralized production of electricity, using as a heat source solar energy which is renewable, available everywhere but intermittent and fairly diluted (about 1 kW / m 2 maximum in good weather) .
  • the current parabolic cylindrical solar collectors can bring the working fluid to 300 ° C.
  • the work delivered by the turbine is lost between 500 and 300 0 C, but only a renewable energy source is used.
  • An installation according to the invention can be used to transform heat into work, without necessarily converting it into electricity.
  • Mechanical work can be used directly, for example for a hydraulic pump or for a heat pump whose compressor is not driven by an electric motor.
  • the finalities are: the production of heat at a temperature level T m lower than that of the hot source at Tj, but with an amplification coefficient greater than 1 or a temperature level Tj 1 greater than that from the hot source to T m but with an amplification coefficient of less than 1, said amplification coefficients being greater than those of the prior art by the ad-or absorption systems.
  • FIGs 15a to 15h summarize schematically, for each of the examples, the heat exchange and work between the machine (or associations of machines) of Carnot modified (s) and the environment, as well as the temperatures of sources and heat sinks.
  • Example 1 (FIG 15a): three modified motor Carnot machines of 2 nd type in thermal cascade;
  • Example 2 (Fig 15b.): Two machines Carnot modified drive of 1st type thermal waterfall;
  • Example 5 (Fig. 15e): two modified Carnot machines receiving
  • Example 8 (Fig 15h.) Mechanical coupling of a Carnot machine mo- motor MODIFIED low temperature 1st type and a Carnot machine modified receptor of 1 high temperature type.
  • T b cold well temperature
  • the engine modified Carnot cycle of 2 nd type is therefore retained in its preferred configuration, that is to say respecting the constraint of equal mass volumes of the working fluid leaving the condenser and the evaporator
  • the working fluid used is R600 and it describes the cycle abcda in FIG. 17. It is noted that with this fluid the adiabatic expansion c-> d results in the domain of superheated steam but nevertheless very close to the saturation curve. Irreversibility is very weak. The yield ⁇ 3 of this cycle is 12.49%, compared to the 12.56% of a perfect Carnot cycle between the same temperatures.
  • the objective is to produce work (electricity convertible) but with a simpler machine using Carnot machine associa- tions of modified drive 1st type.
  • the temperature differences of the source and the heat sink are no longer limited by the constraint of equal mass volumes of the working fluid at the outlet of the condenser and the evaporator.
  • excessive pressure differences create other technological problems; thus by taking again the same source and extreme heat sink (275 ° C and 40 0 C), it is better to associate two machines in thermal cascade rather than to realize a single machine operating on a gap so important.
  • the association in thermal cascade (15b) consists in coupling two machines Carnot modified driving of 1st type, the first one uses water (R718) as working fluid and describes the ijbcki cycle of Figure 16, the second uses the n-butane (R600) as working fluid and describes the cycle efbcde of Figure 17.
  • Example 3 The objective in Example 3 is the heating of the habitat by transmitters (radiators or underfloor heating) at low temperature.
  • a modified receiving Carnot machine operating between 5 and 50 ° C. is well adapted to this application (FIG. 15c).
  • Example 4 The objective in Example 4 is the cooling of the habitat in summer.
  • a Carnot machine receiving modified 1 type operating between 15 and 40 0 C is well suited to this application ( Figure 15d).
  • the working fluid used (R600) describes the 5-6-7-8-5 cycle of Figure 17. Compared to the previous example, it is chosen not to overheat before the isentropic compression step.
  • the coefficient of performance of this modified receiving Carnot machine describing this cycle is:
  • Example 5 The objective in Example 5 is low temperature refrigeration production (for freezing). Even if the temperature difference between the source and the heat sink is not limited by any constraint of equality of the mass volumes of the working fluid, it is preferable that there be no difference in pressure too high in the machine because it generates other technological problems. Thus with the cold source at -30 ° C. and the hot well at 40 ° C., it is preferable to combine two machines in thermal cascade rather than to make a single machine operating on such a large difference.
  • the association in thermal cascade (see Figure 15) is to couple two machines Carnot receiving modified 1st type, the first uses R600 as working fluid and describes the 9-6-7-10-9 cycle of Figure 17 the second uses Rl 34a as the working fluid and describes the cycle 1-2-3-4-1 of FIG. 18.
  • the overall coefficient of performance of the thermal cascade combination of these two modified receiving Carnot machines of 1 st type is:
  • Example 6 Mechanical coupling of a Carnot machine modified high-temperature driving of 1st type and a Carnot machine receiving modified low temperature 1st type
  • the aim in Example 6 (Figure 15f) is the freshening habitat in summer using as energy source only heat, for example from solar collectors.
  • a first machine the Carnot machine driving modified 1 type using R600 working fluid and described in Example 2
  • a second machine the Carnot machine receiving the modified 1st type described in Example 4
  • Example 7 The objectives set out in Example 7 ( Figure 15g) are multiple: - workable cogeneration convertible into electricity and heat useful for heating (low temperature) of the habitat in winter; "low temperature” air conditioning, that is to say, compatible with conventional fan coil units for buildings (office or collective housing in particular). in any case, using as energy source only heat at a temperature accessible by a boiler or by cylindrical parabolic solar collectors.
  • a first machine is coupled, the Carnot engine driving modified 1 type using the working fluid R718 describing the 1-mgnl cycle Figure 16, and a second machine, the Carnot engine modified receiving the 1st type described in example 3.
  • the Ti 1 yield of the first machine is 25.34% (91% of Carnot yield) which is much higher than the current yield of photo voltaic solar collectors.
  • the heat production Q m i completes the electricity production, ie 24.66% of the incident energy Qj 1 whereas the photovoltaic cells, they, do not deliver heat.
  • Example 8 (FIG. 15h) is the production of medium pressure steam (2 bars) having as sole source of energy "low temperature” heat (85 ° C.) incompatible with the production. direct of said vapor. This is an example among others conventionally encountered on industrial sites where there are unused heat releases and needs at higher temperatures.
  • thermotransformation between 85 and 120 0 C can be achieved by mechanically coupling a first machine, the Carnot machine receiving modified 1 type using R718, operating between 85 and 120 0 C and describing the 1-2-3-4-1 cycle of Figure 16, and a second machine, the Carnot machine motor amended the 1st type, operating between 85 ° C and 40 0 C (temperature above the atmosphere), using the working fluid R600 and described in Example 2.
  • the COP 1 coefficient of performance of the first machine (receiver) is 9.14 (89% of the COP of the Carnot dither machine).
  • N-butane (R600) discloses a motor cycle 1, the type in Example 2 ( Figure 15b) and a 1st type receiver cycle in Example 7 ( Figure 15g) and Carnot machine respectively driving modified or
  • the receiver that uses this fluid R600 is associated in these two examples with another Carnot machine, in this case a motor, which uses water (R718) as a working fluid.
  • an installation according to the present invention may comprise a Carnot driving machine 1 type (with the working fluid as R718) coupled to a Carnot machine polyvalente_ modified (as described in Figure 11 and with the R600 as working fluid) and that such an installation can be implemented for applications as different as that referred to in Example 2, and that which is referred to in Example 7.

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Abstract

The invention relates to a plant for the producing cold, heat and/or work. The plant includes: at least one modified Carnot machine comprising a first assembly that includes an evaporator Evap combined with a heat source, a condenser Cond combined with a heat sink, a device DPD for pressurizing or expanding a working fluid GT, a means for transferring said working fluid GT between the condenser Cond and DPD, and between the evaporator Evap and DPD; a second assembly that includes two transfer vessels CT and CT' that contain a transfer liquid LT and the working fluid GT in the form of liquid and/or vapor; a means for selectively transferring the working fluid GT between the condenser Cond and each of the transfer vessels CT and CT', as well as between the evaporator Evap and each of the transfer enclosures CT and CT'; and a means for selectively transferring the liquid LT between the transfer vessels CT and CT' and the compression or expansion device DPD, said means including at least one hydraulic converter.

Description

Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail Installation for the production of cold, heat and / or work
La présente invention concerne une installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail.The present invention relates to an installation for the production of cold, heat and / or work.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUEBACKGROUND
Les machines thermodynamiques utilisées pour la production de froid, de chaleur ou d'énergie font toutes référence à une machine idéale désignée par "machine de Carnot". Une machine de Carnot idéale requiert une source de chaleur et un puits de chaleur à deux niveaux différents de température. Il s'agit donc d'une machine "ditherme". Elle est dite machine de Carnot motrice lorsqu'elle fonctionne en fournissant du travail, et machine de Carnot réceptrice (aussi appelée pompe à chaleur de Carnot) lorsqu'elle fonctionne en consommant du travail. En mode moteur, la chaleur Qh est fournie à un fluide de travail Gx à partir d'une source chaude à la température Tj1, la chaleur Qb est cédée par le fluide de travail Gj à un puits froid à la température Tb et le travail net W est délivré par la machine. À l'inverse, en mode pompe à chaleur, la chaleur Qb est prélevée par le fluide de travail Gj à la source froide Tb, la chaleur Qh est cédée par le fluide de travail au puits chaud à la température Tj1 et le travail net W est consommé par la machine.Thermodynamic machines used for the production of cold, heat or energy all refer to an ideal machine referred to as a "Carnot machine". An ideal Carnot machine requires a heat source and a heat sink at two different temperature levels. It is therefore a machine "ditherme". It is called Carnot machine when it works by providing work, and Carnot machine receiving (also called Carnot heat pump) when it works while consuming work. In engine mode, the heat Q h is supplied to a working fluid Gx from a hot source at the temperature Tj 1 , the heat Q b is transferred by the working fluid Gj to a cold well at the temperature T b and the net work W is delivered by the machine. Conversely, in heat pump mode, the heat Q b is taken by the working fluid Gj at the cold source T b , the heat Q h is transferred by the working fluid to the hot well at the temperature Tj 1 and the net work W is consumed by the machine.
D'après le 2eme principe de la thermodynamique, l'efficacité d'une machine ditherme (motrice ou réceptrice), c'est-à-dire une machine réelle fonctionnant ou non selon le cycle de Carnot, est au plus égale à celle de la machine de Carnot idéale et ne dépend que des températures de la source et du puits. Toutefois la réalisation pratique du cycle de Carnot, constitué de deux étapes isothermes (aux températures Th et Tb) et deux étapes adiabatiques réversibles se heurte à plusieurs difficultés qui n'ont pas été complètement résolues jusqu'à présent. Au cours du cycle, le fluide de travail peut rester toujours à l'état gazeux ou subir un changement d'état liquide/vapeur pendant les transformations isothermes à Th et Tb. Lorsqu'il se produit un changement d'état liquide/vapeur, les transferts de chaleur entre la machine et l'environnement s'effectuent avec une efficacité plus grande que lorsque le fluide de travail reste à l'état gazeux. Dans le premier cas et pour de mêmes puissances thermiques échangées au niveau de la source et du puits de chaleur, les surfaces d'échanges sont plus faibles (donc moins coûteuses). Toutefois, lorsqu'il y a un changement d'état liquide/vapeur, les étapes adiabatiques réversibles consistent à comprimer et à détendre un mélange biphasique liquide/ vapeur. Les techniques de l'art antérieur ne permettent pas d'effectuer des compressions ou des détentes de mélanges biphasiques. Selon l'art antérieur actuel, on ne sait pas réaliser correctement ces transformations.According to the 2nd law of thermodynamics, the effectiveness of a ditherme machine (motor or receiver), that is to say, an actual machine running or not as the Carnot cycle, is at most equal to that of the ideal Carnot machine and depends only on the temperatures of the source and the well. However, the practical realization of the Carnot cycle, consisting of two isothermal steps (at temperatures T h and T b ) and two reversible adiabatic stages, faces several difficulties that have not been completely solved so far. During the cycle, the working fluid can remain always in the gaseous state or undergo a change of liquid / vapor state during the isothermal transformations at T h and T b . When a liquid / vapor state change occurs, the heat transfer between the machine and the environment is effected with greater efficiency than when the working fluid remains in the gaseous state. In the first case and for the same thermal powers exchanged at the source and the heat sink, the exchange surfaces are lower (therefore less expensive). However, when there is a change of liquid / vapor state, the reversible adiabatic steps consist in compressing and relaxing a biphasic liquid / vapor mixture. The techniques of the prior art do not make it possible to perform compressions or relaxations of biphasic mixtures. According to the current prior art, it is not known to correctly perform these transformations.
Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de se rapprocher du cycle de Carnot en comprimant isentropiquement un liquide et en détendant isentropique- ment une vapeur surchauffée (pour un cycle moteur) et en comprimant la vapeur surchauffée et en détendant isenthalpiquement le liquide (pour un cycle récepteur). Toutefois, de telles modifications induisent des irréversibilités dans le cycle et diminuent de façon très significative son efficacité, c'est-à-dire le rendement du moteur ou le coefficient de performance ou d'amplification de la pompe à chaleur.To remedy this problem, it has been envisaged to approach the Carnot cycle by isentropically compressing a liquid and isentropically relaxing superheated steam (for a motor cycle) and compressing the superheated vapor and isenthalpically relaxing the liquid ( for a receiver cycle). However, such modifications induce irreversibilities in the cycle and significantly reduce its efficiency, that is to say the efficiency of the engine or the coefficient of performance or amplification of the heat pump.
DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de fournir une machine thermodynamique fonctionnant selon un cycle proche du cycle de Carnot, améliorée par rapport aux machines de l'art antérieur, c'est-à-dire une machine qui fonctionne avec un changement d'état liquide/vapeur du fluide de travail pour conserver l'avantage des faibles surfaces de contact requises, tout en limitant de façon substantielle les irréversibilités dans le cycle au cours des étapes adiabatiques.GENERAL DEFINITION OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a thermodynamic machine operating in a cycle close to the Carnot cycle, improved over the machines of the prior art, that is to say a machine that works with a change in liquid / vapor state of the working fluid to maintain the advantage of the small required contact surfaces, while substantially limiting irreversibilities in the cycle during the adiabatic steps.
Un objet de la présente invention est constitué par une installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail, comprenant au moins une machine de Carnot modifiée. Un autre objet de l'invention est constitué par un procédé de production de froid, de chaleur et/ou de travail, à l'aide d'une installation comprenant au moins une machine de Carnot modifiée.An object of the present invention is constituted by an installation for the production of cold, heat and / or work, comprising at least one modified Carnot machine. Another object of the invention is constituted by a method for producing cold, heat and / or work, using an installation comprising at least one modified Carnot machine.
Une installation pour la production de froid, de chaleur ou de travail, selon la présente invention comprend au moins une machine de Carnot modifiée constituée par : a) Un 1er ensemble qui comprend un évaporateur Evap associé à une source de chaleur, un condenseur Cond associé à un puits de chaleur, un dispositif DPD de pressurisation ou de détente d'un fluide de travail GT, des moyens de transfert du fluide de travail Gτ entre le condenseur Cond et DPD, et entre l'évaporateur Evap et DPD ; b) Un 2ème ensemble qui comprend deux enceintes de transfert CT et CT' qui contiennent un liquide de transfert Lτ et le fluide de travail Gτ sous forme de liquide et/ou de vapeur, le liquide de transfert Lτ et le fluide de travail étant deux fluides différents ; c) des moyens de transfert sélectif du fluide de travail Gτ entre le condenseur Cond et chacune des enceintes de transfert CT et CT' d'une part, entre l'éva- porateur Evap et chacune de enceintes de transfert CT et CT' d'autre part ; d) des moyens de transfert sélectif du liquide LT entre les enceintes de transfert CT et CT' et le dispositif de compression ou de détente DPD, lesdits moyens comprenant au moins un convertisseur hydraulique.A plant for the production of cold, heat and working according to the present invention comprises at least a Carnot machine modified consisting of: a) A 1 assembly includes a Evap evaporator associated with a heat source, a condenser COND associated with a heat sink, a DPD device for pressurizing or expanding a working fluid G T , means for transferring the working fluid G τ between the condenser Cond and DPD, and between the evaporator Evap and DPD; b) 2nd assembly includes two CT transfer speakers and CT 'which contain a transfer liquid L τ and G working fluid τ in the form of liquid and / or vapor, the transfer liquid L τ and the fluid working being two different fluids; c) means for selective transfer of the working fluid G T between the condenser Cond and each of the transfer chambers CT and CT 'on the one hand, between the evaporator Evap and each of the transfer speakers CT and CT', 'somewhere else ; d) means for selective transfer of the liquid L T between the CT and CT 'transfer chambers and the compression or expansion device DPD, said means comprising at least one hydraulic converter.
Dans le présent texte :In this text:
"cycle de Carnot modifié" signifie un cycle thermodynamique comprenant les étapes du cycle de Carnot théorique ou des étapes similaires avec un degré de réversibilité inférieur à 100% ;"modified Carnot cycle" means a thermodynamic cycle comprising the steps of the theoretical Carnot cycle or similar steps with a degree of reversibility of less than 100%;
"machine de Carnot modifiée" désigne une machine qui présentent les caractéristiques a), b), c) et d) ci-dessus ;"modified Carnot machine" means a machine having characteristics a), b), c) and d) above;
"convertisseur hydraulique" désigne soit une pompe hydraulique, soit un moteur hydraulique : - "pompe hydraulique" désigne un dispositif qui utilise de l'énergie mécanique fournie par l'environnement à la "machine de Carnot modifiée" pour pomper un fluide hydraulique de transfert Lτ à basse pression et le restituer à plus haute pression ;"hydraulic converter" means either a hydraulic pump or a hydraulic motor: - "hydraulic pump" means a device that uses mechanical energy supplied by the environment to the "modified Carnot machine" for pumping a hydraulic transfer fluid L τ at low pressure and return it at higher pressure;
"pompe hydraulique auxiliaire" désigne un dispositif qui utilise de l'énergie mécanique fournie par l'environnement à la "machine de Carnot modifiée" ou prélevée sur le travail délivré à l'environnement par la "machine de Carnot modiliée" pour pressuriser soit le liquide de transfert Lτ soit le fluide de travail Gj à l'état liquide ;"auxiliary hydraulic pump" means a device that uses mechanical energy supplied by the environment to the "modified Carnot machine" or taken from the work delivered to the environment by the "modulated Carnot machine" to pressurize either the transfer liquid L τ is the working fluid Gj in the liquid state;
"moteur hydraulique" désigne un dispositif qui délivre à l'environnement de l'énergie mécanique générée par la machine de Carnot modifiée en dépressurisant le liquide de transfert Lτ à haute pression et en le restituant à plus basse pression ;"hydraulic motor" refers to a device that delivers to the environment the mechanical energy generated by the Carnot machine modified by depressurizing the high pressure transfer L τ liquid and returning it to lower pressure;
"environnement" désigne tout élément extérieur à la machine de Carnot modifiée, incluant les sources et puits de chaleur et tout élément de l'installation auquel la machine de Carnot modifiée serait raccordée ;"environment" means any element outside the modified Carnot machine, including heat sources and sinks and any part of the installation to which the modified Carnot machine would be connected;
"transformation réversible" signifie une transformation réversible au sens strict, ainsi qu'une transformation quasi réversible. La somme des variations d'entropie du fluide qui subit la transformation et de l'environnement est nulle lors d'une transformation strictement réversible correspondant au cas idéal, et légèrement positive lors d'une transformation réelle, quasi- réversible. Le degré de réversibilité d'un cycle peut se quantifier par le rapport entre le rendement (ou le coefficient de performance COP) du cycle et celui du cycle de Carnot fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes. Plus la réversibilité du cycle est grande, plus ce rapport est proche (par valeur inférieure) de 1."reversible transformation" means a reversible transformation in the strict sense, as well as a quasi-reversible transformation. The sum of the entropy variations of the fluid that undergoes the transformation and the environment is zero during a strictly reversible transformation corresponding to the ideal case, and slightly positive during a real, quasi-reversible transformation. The degree of reversibility of a cycle can be quantified by the ratio of the efficiency (or COP coefficient of performance) of the cycle and that of the Carnot cycle operating between the same extreme temperatures. The greater the reversibility of the cycle, the closer this ratio (by lower value) of 1.
"transformation isotherme" signifie une transformation strictement isotherme ou dans des conditions proches de la nature isotherme théorique, sachant que, dans des conditions de mise en œuvre réelles, lors d'une transformation considérée comme isotherme effectuée de manière cyclique, la température T subit de légères variations, telles que ΔT/T de ± 10%; "transformation adiabatique" signifie une transformation sans aucun échange de chaleur avec l'environnement ou avec des échanges de chaleur que l'on cherche à minimiser en isolant thermiquement le fluide qui subit la transformation et l'environnement."isothermal transformation" means a strictly isothermal transformation or under conditions close to the theoretical isothermal nature, knowing that, under real operating conditions, during a transformation considered as isothermally carried out cyclically, the temperature T undergoes slight variations, such as ΔT / T of ± 10%; "adiabatic transformation" means a transformation without any exchange of heat with the environment or with heat exchanges that are sought to minimize by thermally isolating the fluid that undergoes the transformation and the environment.
Le procédé de production de froid, de chaleur et/ou de travail selon l'invention consiste à faire subir à un fluide de travail Gτ une succession de cycles de Carnot modifiés dans une installation selon l'invention comprenant au moins une machine de Carnot modifiée. Un cycle de Carnot modifié comprend les transformations suivantes: une transformation isotherme avec échange de chaleur entre Gτ et la source, respectivement le puits de chaleur ; une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail Gτ; une transformation isotherme avec échange de chaleur entre Gj et le puits, respectivement la source de chaleur ; une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail Gj.The process for producing cold, heat and / or working according to the invention consists in subjecting a working fluid G τ to a succession of modified Carnot cycles in an installation according to the invention comprising at least one Carnot machine. changed. A modified Carnot cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation with heat exchange between G τ and the source, respectively the heat sink; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid G τ ; an isothermal transformation with heat exchange between Gj and the well, respectively the heat source; an adiabatic transformation with increasing pressure of the working fluid Gj.
Le procédé est caractérisé en ce que : le fluide de travail est sous forme biphasique liquide-gaz au moins pendant les deux transformations isothermes d'un cycle, les deux transformations isothermes produisent ou sont produites par un changement de volume de Gτ concomitant avec le déplacement d'un liquide de transfert Lτ qui entraîne ou est entraîné par un convertisseur hydraulique, et en conséquence, du travail est fourni ou reçu par l'installation par l'intermédiaire d'un fluide hydraulique qui traverse un convertisseur hydraulique pendant au moins les deux transformations isothermes. Dans un mode de réalisation, le travail est reçu ou fourni par l'installation par l'intermédiaire d'un fluide hydraulique qui traverse un convertisseur hydraulique pendant une seule des transformations adiabatiques. Dans ce mode de réalisation, le cycle de Carnot modifié et la machine de Carnot modifiée sont dits "du 1er type". Dans un mode de réalisation, le travail est reçu ou fourni par l'installation par l'intermédiaire d'un fluide hydraulique qui traverse un convertisseur hydraulique pendant les deux transformations adiabatiques. Dans ce mode de réalisation, le cycle de Carnot modifié et la machine de Carnot modifiée sont dits "du 2eme type".The method is characterized in that: the working fluid is in biphasic liquid-gas form at least during the two isothermal transformations of a cycle, the two isothermal transformations produce or are produced by a volume change of G τ concomitant with the moving a transfer liquid L τ which drives or is driven by a hydraulic converter, and as a result, work is supplied or received by the installation via a hydraulic fluid which passes through a hydraulic converter for at least the two isothermal transformations. In one embodiment, the work is received or delivered by the installation via a hydraulic fluid that passes through a hydraulic converter during only one of the adiabatic transformations. In this embodiment, the Carnot cycle and the modified modified Carnot machine are called "1 type". In one embodiment, the work is received or delivered by the installation via a hydraulic fluid that passes through a hydraulic converter during the two adiabatic transformations. In this embodiment, the Carnot cycle amended and modified Carnot machine are called "the 2nd type".
DESCRIPTION DES FIGURESDESCRIPTION OF THE FIGURES
La figure 1 représente les courbes d'équilibre liquide/ vapeur pour divers fluides utilisables comme fluide de travail GT. La pression de vapeur saturante P (en bar) est donnée en ordonnée, en échelle logarithmique, en fonction de la température T (en 0C) donnée en abscisse.FIG. 1 represents the liquid / vapor equilibrium curves for various fluids that can be used as working fluid G T. The saturation vapor pressure P (in bar) is given in ordinate, in logarithmic scale, as a function of the temperature T (in 0 C) given in abscissa.
La figure 2 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée motrice de 2ème type. La figure 3 représente dans le diagramme de Mollier des frigoristes un cycle de Carnot modifié moteur suivi par un fluide de travail Gj. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail.FIG. 2 represents a schematic view of a modified type motor Carnot machine of the 2nd type. Figure 3 shows in the diagram of Mollier refrigerators a motor modified Carnot cycle followed by a working fluid Gj. The pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
La figure 4 représente dans un diagramme de Mollier trois cycles de Carnot modifiés moteurs du 2ème type qui ont une même température Tb du fluide de travail au cours de l'échange de chaleur avec le puits froid et des températures croissantesFIG. 4 shows in a Mollier diagram three Carnot cycles modified engines of the 2nd type which have the same temperature T b of the working fluid during the heat exchange with the cold well and increasing temperatures
T"h ,T'h et Th du fluide de travail au cours de l'échange de chaleur avec la source chaude .T h , T h and T h of the working fluid during heat exchange with the hot source.
La figure 5 est une représentation schématique d'une machine de Carnot modifiée motrice de 1er type.FIG. 5 is a diagrammatic representation of a modified motor Carnot machine of the 1st type.
La figure 6 représente dans le diagramme de Mollier un cycle de Carnot modifié moteur du 1er type suivi par un fluide de travail Gj. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail La figure 7 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 2ème type. La figure 8 représente dans le diagramme de Mollier un cycle de Carnot modifié récepteur du 2ème type suivi par un fluide de travail Gj. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail. La figure 9 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type.6 shows in the Mollier diagram of a Carnot cycle modified engine 1 type followed by a Gj working fluid. The pressure P is given in logarithmic scale, as a function of the mass enthalpy h of the working fluid. FIG. 7 represents a schematic view of a 2nd type receiving modified Carnot machine. FIG. 8 represents in the Mollier diagram a modified Carnot cycle of the 2nd type followed by a working fluid Gj. The pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid. 9 shows a schematic view of a Carnot machine receiving Amended 1st type.
La figure 10 représente dans le diagramme de Mollier un cycle de Carnot modifié récepteur du 1er type suivi par un fluide de travail Gτ. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail.Figure 10 shows in the Mollier diagram of a Carnot cycle modified receptor 1 type followed by a G τ working fluid. The pressure P is given in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid.
La figure 11 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée pouvant fonctionner selon le choix de l'utilisateur selon le mode moteur 1er type ou récepteur de 1er type.11 shows a schematic view of a modified Carnot machine operable according to the user choice according to the motor mode 1 type or of the type 1 receptor.
Les figures 12a et 12b illustrent schématiquement deux modes de réalisation de machines de Carnot modifiées motrices fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes Th et Tb et en indiquant le sens des échanges de chaleur et de travail entre ces machines et l'environnement.. La figure 12a représente un mode de réalisation d'un couplage thermique à un niveau de température intermédiaire entre deux machines de Carnot modifiées motrices. La figure 12b représente un autre mode de réalisation avec une seule machine de Carnot modifiée motrice.Figures 12a and 12b schematically illustrate two embodiments of modified motor Carnot machines operating between the same extreme temperatures T h and T b and indicating the direction of heat exchange and work between these machines and the environment. Figure 12a shows an embodiment of a thermal coupling at an intermediate temperature level between two modified motor Carnot machines. Figure 12b shows another embodiment with a single motor modified Carnot machine.
La figure 13 représente schématiquement les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail, dans une installation comprenant une machine de Carnot modifiée motrice haute température couplée mécaniquement à une machine de Carnot modifiée réceptrice basse température.FIG. 13 diagrammatically represents the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges, in an installation comprising a modified high temperature motor driven Carnot machine mechanically coupled to a low temperature receiving modified Carnot machine.
La figure 14 représente schématiquement les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail, dans une installation comprenant une machine de Carnot modifiée motrice basse température couplée mécaniquement à une machine de Carnot modifiée réceptrice haute température.FIG. 14 diagrammatically represents the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges, in an installation comprising a modified low temperature motor driven Carnot machine mechanically coupled to a high temperature receiving modified Carnot machine.
Les figures 15a à 15h représentent schématiquement les échanges de chaleur et de travail entre une machine (ou des associations de machines) de Carnot modifiée(s) et l'environnement, ainsi que les températures des sources et puits de chaleur, pour 8 exemples impliquant différents fluides de travail. Les figures 16, 17 et 18 représentent respectivement dans les diagrammes de Mollier de l'eau, du n-butane et du 1, 1,1,2-tétrafluoroéthane les différents cycles de Carnot modifiés qui sont impliqués dans les 8 exemples de la figure 15.FIGS. 15a to 15h schematically represent the heat and work exchanges between a modified Carnot machine (or machine combinations) and the environment, as well as the temperatures of the heat sources and sinks, for 8 examples involving different working fluids. Figures 16, 17 and 18 respectively represent in the Mollier diagrams of water, n-butane and 1,1,1,2-tetrafluoroethane the various modified Carnot cycles which are involved in the 8 examples of FIG. 15.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Dans une installation selon la présente invention, une machine de Carnot modifiée peut avoir une configuration de machine motrice ou de machine réceptrice. Dans les deux cas, la machine peut être du 1er type (échange de travail entre le liquide de transfert et l'environnement pendant l'une des transformations adiabatiques) ou du 2ème type (échange de travail entre le liquide de transfert et l'environnement pendant les deux transformations adiabatiques). Une machine de Carnot modifiée peut en outre avoir une configuration qui permet, selon le choix de l'utilisateur, un fonctionnement en mode moteur (1er ou 2eme type) ou en mode récepteur (1er ou 2ème type).In an installation according to the present invention, a modified Carnot machine may have a driving machine or receiving machine configuration. In both cases, the machine may be of the 1st type (exchange of work between the transfer liquid and the environment during an adiabatic transformations) or 2nd type (exchange of work between the transfer liquid and environment during the two adiabatic transformations). A Carnot machine modified may further have a configuration which allows, depending on the choice of the user, an operation in motor mode (1st or 2nd type) or in receiver mode (1st or 2nd type).
Le procédé de gestion d'une machine motrice comprend au moins une étape au cours de laquelle on apporte de la chaleur à l'installation, en vue de récupérer du travail au cours d'au moins l'une des transformations du cycle de Carnot modifié. Le procédé de gestion d'une machine réceptrice comprend au moins une étape au cours de laquelle on apporte du travail à l'installation, en vue de récupérer de la chaleur au puits chaud à Th ou de prélever de la chaleur à la source froide à Tb au cours d'au moins l'une des transformations isothermes du cycle de Carnot modifié. Le procédé selon la présente invention consiste à soumettre un fluide de travail GT à une succession de cycles entre une source de chaleur et un puits de chaleur. Dans la suite, par souci de simplification et parce que cela n'affecte pas le principe de fonctionnement de la machine de Carnot modifiée, on ne distingue pas la température de la source ou du puits chaud de celle du fluide de travail qui échange avec cette source ou ce puits, ces températures étant désignées par Th. De même, on ne distingue pas la température de la source ou du puits froid de celle du fluide de travail qui échange avec cette source ou ce puits, ces températures étant désignées par Tb. On considère ainsi que les échangeurs de chaleur sont parfaits.The method of managing a prime mover comprises at least one step during which heat is supplied to the installation, in order to recover work during at least one of the transformations of the modified Carnot cycle. . The method of managing a receiving machine comprises at least one step in which work is being performed at the plant to recover heat at the hot well at T h or to draw heat at the cold source. at T b during at least one of the isothermal transformations of the modified Carnot cycle. The method according to the present invention consists in subjecting a working fluid G T to a succession of cycles between a heat source and a heat sink. In the following, for the sake of simplicity and because it does not affect the operating principle of the modified Carnot machine, it is not possible to distinguish the temperature of the hot source or the hot well from that of the working fluid which exchanges with it. source or well, these temperatures being designated T h . Similarly, it does not distinguish the temperature of the cold source or sink from that of the working fluid that exchanges with this source or this well, these temperatures being designated by T b . It is thus considered that the heat exchangers are perfect.
Le fluide de travail GT et le liquide de transfert Lj sont choisis de préférence de telle sorte que Gτ soit faiblement soluble, de préférence insoluble dans Lτ, que Gτ ne réagisse pas avec Lτ et que Gτ à l'état liquide soit moins dense que Lτ. Lorsque la solubilité de GT dans LT est trop importante ou si GT à l'état liquide est plus dense que Lτ, il est nécessaire de les isoler l'un de l'autre par un moyen qui n'empêche pas l'échange de travail. Ledit moyen peut consister par exemple à interposer entre Gj et LT une membrane souple qui crée une barrière imperméable entre les deux fluides mais qui n'oppose qu'une très faible résistance au déplacement du liquide de transfert ainsi qu'une faible résistance au transfert thermique. Une autre solution est constituée par un flotteur qui a une densité intermédiaire entre celle du fluide de travail Gτ à l'état liquide et celle du liquide de transfert Lτ. Un flotteur peut constituer une barrière matérielle grande, mais il est difficile de la rendre parfaitement efficace si l'on ne veut pas de frottements sur la paroi latérale des enceintes CT et CT'. En revanche le flotteur peut constituer une résistance thermique très efficace. Les deux solutions (membrane et flotteur) peuvent être combinées.The working fluid G T and the transfer liquid Lj are preferably chosen such that G τ is poorly soluble, preferably insoluble in L τ , that G τ does not react with L τ and that G τ in the state liquid is less dense than L τ . When the solubility of G T in L T is too great or if G T in the liquid state is denser than L τ , it is necessary to isolate them from one another by a means which does not prevent the work exchange. Said means may for example consist of interposing between Gj and L T a flexible membrane which creates an impermeable barrier between the two fluids but which poses only a very low resistance to displacement of the transfer liquid and a low resistance to heat transfer. Another solution is constituted by a float which has a density intermediate between that of the working fluid G τ in the liquid state and that of the transfer liquid L τ . A float can constitute a great material barrier, but it is difficult to make it perfectly effective if one does not want friction on the side wall of the CT and CT 'enclosures. On the other hand the float can constitute a very effective thermal resistance. Both solutions (membrane and float) can be combined.
Le liquide de transfert Lτ est choisi parmi les liquides qui ont une faible pression de vapeur saturante à la température de fonctionnement de l'installation, afin d'éviter, en absence de membrane séparatrice telle que décrite ci-dessus, les limitations dues à la diffusion des vapeurs de Gτ à travers la vapeur de Lτ au niveau du condenseur ou de l'évaporateur. Sous réserve des compatibilités avec GT mentionnées précédemment et à titre d'exemples non exhaustifs, Lτ peut être l'eau, ou une huile minérale ou de synthèse, ayant de préférence une faible viscosité.The transfer liquid L τ is selected from liquids which have a low saturated vapor pressure at the temperature of operation of the installation in order to avoid, in the absence of separation membrane as described above, the limitations due to disseminating G τ vapors through the vapor τ L to the condenser or evaporator. Subject to compatibility with G T mentioned above and by way of non-exhaustive examples, τ L can be water, or a mineral or synthetic oil, preferably having a low viscosity.
Le fluide de travail Gτ subit des transformations dans le domaine thermodynamique de température et pression de préférence compatible avec l'équilibre liqui- de - vapeur, c'est-à-dire entre la température de fusion et la température critique. Toutefois au cours du cycle de Carnot modifié, certaines de ces transformations peuvent intervenir en totalité ou en partie dans le domaine du liquide sous-refroidi ou de la vapeur surchauffée, ou le domaine supercritique. Un fluide de travail est choisi de préférence parmi les corps purs et les mélanges azéotropiques, pour avoir une relation monovariante entre la température et la pression à l'équilibre liquide - vapeur. Toutefois, une machine de Carnot modifiée selon l'invention peut également fonctionner avec une solution non azéotropique en tant que fluide de travail.The working fluid G T undergoes transformations in the thermodynamic range of temperature and pressure, preferably compatible with the liquid-vapor equilibrium, that is to say between the melting temperature and the critical temperature. However, during the modified Carnot cycle, some of these transformations may occur in whole or in part in the field of subcooled liquid or superheated steam, or the supercritical domain. A working fluid is preferably selected from pure substances and azeotropic mixtures, to have a monovariant relationship between temperature and pressure at equilibrium liquid - vapor. However, a modified Carnot machine according to the invention can also operate with a non-azeotropic solution as a working fluid.
Le fluide de travail Gj peut être par exemple l'eau, CO2, ou NH3. Le fluide de travail peut en outre être choisi parmi les alcools ayant 1 à 6 atomes de carbone, les alcanes ayant de 1 à 18 (plus particulièrement de 1 à 8) atomes de carbone, les chlorofluoroalcanes ayant de préférence de 1 à 15 (plus particulièrement de 1 à 10) atomes de carbone, et les alcanes partiellement ou totalement fluorés ou chlorés ayant de préférence de 1 à 15 (plus particulièrement de 1 à 10) atomes de carbone. On peut citer en particulier le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane, le propane, l'isobutane, le n- butane, le cyclobutane, ou le n-pentane. La figure 1 représente les courbes d'équilibre liquide/vapeur pour quelques uns des fluides GT précités. La pression de vapeur saturante P (en bar) est donnée en ordonnée, en échelle logarithmique, en fonction de la température T (en 0C) donnée en abscisse.The working fluid Gj can be for example water, CO 2 , or NH 3 . The working fluid may also be chosen from alcohols having 1 to 6 carbon atoms, the alkanes having from 1 to 18 (more particularly from 1 to 8) carbon atoms, the chlorofluoroalkanes preferably having from 1 to 15 (more especially from 1 to 10) carbon atoms, and partially or fully fluorinated or chlorinated alkanes preferably having from 1 to 15 (more particularly from 1 to 10) carbon atoms. In particular, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, propane, isobutane, n-butane, cyclobutane or n-pentane may be mentioned. FIG. 1 represents the liquid / vapor equilibrium curves for some of the aforementioned G T fluids. The pressure of saturation vapor P (in bar) is given in ordinate, in logarithmic scale, as a function of the temperature T (in 0 C) given in abscissa.
Un fluide utilisable comme fluide de travail peut intervenir en tant que fluide moteur ou en tant fluide récepteur, en fonction de l'installation dans laquelle il est utilisé, des sources de chaleur disponibles, et du but recherché.A fluid that can be used as a working fluid can be used as a working fluid or as a receiving fluid, depending on the installation in which it is used, available heat sources, and the desired purpose.
De manière générale, les fluides de travail et les liquides de transfert sont choisis d'abord en fonction des températures des sources de chaleur et des puits de chaleur disponibles, ainsi que des pressions de vapeur saturantes maximales ou minimales souhaitées dans la machine, ensuite en fonction d'autres critères tels que notamment la toxicité, l'influence pour l'environnement, la stabilité chimique, et le coût.In general, the working fluids and the transfer liquids are firstly chosen as a function of the temperatures of the available heat sources and heat sinks, as well as the maximum or minimum saturated vapor pressures desired in the machine, then depending on other criteria such as toxicity, environmental influence, chemical stability, and cost.
Le fluide Gτ peut être dans les enceintes CT ou CT' à l'état de mélange bi- phasique liquide/vapeur à l'issue de l'étape de détente adiabatique pour le cycle moteur ou de compression adiabatique pour le cycle récepteur. Dans ce cas la phase liquide de Gj s'accumule à l'interface entre GT et Lτ. Lorsque la teneur en vapeur de Gτ est grande (typiquement compris entre 0,95 et 1) dans les enceintes CT ou CT' avant la connexion desdites enceintes avec le condenseur, on peut envisager d'éliminer totalement la phase liquide de Gj dans ces enceintes. Cette élimination peut être effectuée en maintenant la température du fluide de travail Gτ dans les enceintes CT ou CT' à la fin des étapes de mise en communication des enceintes CT ou CT' et du condenseur, à une valeur supérieure à celle du fluide de travail Gτ, à l'état liquide dans le condenseur, de sorte que il n'y ait pas de Gτ liquide dans CT ou CT' à cet instant.The fluid G T may be in the CT or CT 'chamber in the state of two-phase liquid / vapor mixture at the end of the adiabatic expansion stage for the engine cycle or adiabatic compression for the receiver cycle. In this case, the liquid phase of Gj accumulates at the interface between G T and L τ . When the vapor content of G T is large (typically between 0.95 and 1) in the CT or CT 'chambers before the connection of said enclosures with the condenser, it is possible to envisage totally eliminating the liquid phase of G 1 in these speakers. This elimination can be carried out by maintaining the temperature of the working fluid G T in the CT or CT 'enclosures at the end of the communication steps of the CT or CT' and the condenser, to a value greater than that of the fluid. G τ work, in the liquid state in the condenser, so that there is no liquid G τ in CT or CT 'at this time.
Dans un mode de réalisation, l'installation comprend des moyens d'échange de chaleur entre d'une part la source et le puits de chaleur qui sont à des températures différentes, et d'autre part l'évaporateur Evap, le condenseur Cond et éventuellement le fluide de travail Gτ dans les enceintes de transfert CT et CT'.In one embodiment, the installation comprises heat exchange means between the source and the heat sink, which are at different temperatures, and the evaporator Evap, the condenser Cond and the condenser. possibly the working fluid G T in the CT and CT 'transfer chambers.
Lorsque le convertisseur hydraulique de la machine de Carnot modifiée est un moteur hydraulique et la température de la source est supérieure à la température du puits, la machine de Carnot modifiée est motrice. Une installation selon la présente invention peut comprendre une machine de Carnot modifiée motrice seule, ou couplée à un dispositif complémentaire, en fonction du but recherché. Le couplage peut être effectué par voie thermique ou par voie mécanique.When the hydraulic converter of the modified Carnot machine is a hydraulic motor and the temperature of the source is higher than the temperature of the well, the modified Carnot machine is driving. An installation according to the present invention may comprise a motor modified Carnot machine alone, or coupled to a complementary device, depending on the desired purpose. The coupling can be carried out thermally or mechanically.
Dans une machine de Carnot modifiée motrice de 1er type, le dispositif DPD consiste en un dispositif qui pressurise le fluide de travail Gτ à l'état de liquide saturé ou de liquide sous-refroidi, par exemple une pompe hydraulique auxiliaire PHA1.In a modified driving Carnot machine of 1st type, the DPD device consists of a device that pressurizes the working fluid G τ in the liquid state saturated or subcooled liquid, for example a hydraulic auxiliary pump PHA 1 .
Dans une machine de Carnot modifiée motrice de 2eme type, le dispositifIn a modified motorized Carnot machine of 2 nd type, the device
DPD de pressurisation ou de détente comprend d'une part une enceinte de compression/détente ABCD et les moyens de transfert qui y sont associés et d'autre part une pompe hydraulique auxiliaire PHA2 qui pressurise le fluide hydraulique de transfert Lτ.DPD pressurizing or relaxing comprises on the one hand a compression / expansion chamber ABCD and transfer means associated therewith and on the other hand an auxiliary hydraulic pump PHA 2 which pressurizes the hydraulic transfer fluid L T.
Dans un procédé selon l'invention mis en œuvre selon un cycle de Carnot modifié moteur, le cycle comprend les transformations suivantes : - une transformation isotherme au cours de laquelle on fournit de la chaleur à Gτ à partir de la source de chaleur à la température T1, ; une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail Gj; une transformation isotherme au cours de laquelle de la chaleur est fournie par Gτ au puits de chaleur à la température Tb inférieure à la température Tj1 ; une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail GT-In a process according to the invention implemented according to a modified engine Carnot cycle, the cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation during which heat is supplied at G T from the heat source to the temperature T 1 ,; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid Gj; an isothermal transformation during which heat is supplied by G τ to the heat sink at the temperature T b lower than the temperature Tj 1 ; an adiabatic transformation with increase of the pressure of the working fluid G T -
Lorsque le procédé de l'invention est une succession de cycles de Carnot modifiés moteurs, la source de chaleur est à une température supérieure à la température du puits de chaleur. Chaque cycle est constitué par une succession d'étapes au cours desquelles il y a un changement de volume du fluide de travail Gj. Cette variation de volume provoque un déplacement du liquide Lτ qui entraîne un moteur hydraulique ou est provoquée par un déplacement du liquide Lτ qui est entraîné par une pompe hydraulique auxiliaire. Ainsi l'installation consomme du travail durant certaines étapes et en restitue durant d'autres étapes, tandis que sur le cycle complet il y a une production nette de travail vers l'environnement. L'environnement peut être un dispositif annexe qui transforme le travail fourni par l'installation en électricité, en chaleur ou en froid. Un procédé de fonctionnement d'une machine de Carnot modifiée motrice est décrit plus en détail à partir d'une machine représentée de manière schématique sur la figure 2.When the process of the invention is a succession of engine modified Carnot cycles, the heat source is at a temperature higher than the temperature of the heat sink. Each cycle is constituted by a succession of steps during which there is a change in the volume of the working fluid Gj. This volume variation causes a displacement of the liquid L τ which drives a hydraulic motor or is caused by a displacement of the liquid L τ which is driven by an auxiliary hydraulic pump. Thus the installation consumes work during certain stages and restores it during other stages, while on the complete cycle there is a net production of work towards the environment. The environment can be an ancillary device that transforms the work provided by the installation into electricity, heat or cold. A method of operating a modified driving Carnot machine is described in more detail from a machine shown schematically in FIG.
La figure 2 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée motrice de 2ème type, qui comprend un évaporateur Evap, un condenseur Cond, une enceinte de compression/détente isentropique ABCD, un moteur hydraulique MH, une pompe hydraulique auxiliaire PHA2 et deux enceintes de transfert CT et CT'. Ces différents éléments sont reliés entre eux par un premier circuit contenant exclusivement le fluide de travail GT, et un second circuit contenant exclusivement le liquide de transfert Lj. Lesdits circuits comprennent différentes ramifications obturables par des vannes commandées. L'évaporateur Evap et le condenseur Cond contiennent exclusivement le fluide Gτ en général à l'état de mélange liquide/ vapeur. Toutefois, selon le fluide de travail GT et la température de la source chaude Th, ledit fluide de travail GT peut se trouver dans le domaine supercritique à ladite température Th et dans ces conditions l'évaporateur Evap ne contient que GT à l'état gazeux. Le moteur MH et la pompe PHA2 sont traversés exclusivement par du liquide Lτ. Les éléments ABCD, CT et CT' constituent les interfaces entre les deux circuits (GT et LT) et ils contiennent le fluide hydraulique de transfert LT dans la partie inférieure et/ou le fluide de travail GT à l'état liquide, vapeur ou mélange liquide- vapeur dans la partie supérieure.2 shows a schematic view of a modified driving Carnot machine of the 2nd type, which comprises a Evap evaporator, a condenser COND, a compression chamber / isentropic expansion ABCD, a hydraulic motor MH, an auxiliary hydraulic pump PHA 2 and two speakers of CT and CT 'transfer. These different elements are interconnected by a first circuit exclusively containing the working fluid G T , and a second circuit exclusively containing the transfer liquid Lj. Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled valves. The evaporator Evap and the condenser Cond exclusively contain the fluid G τ in general in the state of liquid / vapor mixture. However, according to the working fluid G T and the temperature of the hot source T h , said working fluid G T can be in the supercritical range at said temperature T h and under these conditions the Evap evaporator contains only G T in the gaseous state. The motor MH and the pump PHA 2 are traversed exclusively by liquid L τ . The elements ABCD, CT and CT 'constitute the interfaces between the two circuits (G T and L T ) and they contain the hydraulic transfer fluid L T in the lower part and / or the working fluid G T in the liquid state. , vapor or liquid-vapor mixture in the upper part.
ABCD est relié à Cond et à Evap par des circuits contenant Gτ et obturables respectivement par les électrovannes EV3 et EV4. Evap est relié à CT et CT' par des circuits contenant GT et obturables respectivement par les électrovannes EV1 et EV1 . Cond est relié à CT et CT' par des circuits contenant Gτ et obturables respectivement par les électrovannes EV2 et EV2.. Sur le mode de réalisation représenté sur la figure 2, les moyens d'obturation sont des électrovannes deux voies. D'autres types de vannes commandées ou pas peuvent cependant être utilisées, notamment des vannes pneumatiques, des vannes à tiroir, ou des clapets anti-retour. Certaines paires de vannes deux voies (c'est-à-dire ayant une entrée et une sortie) peuvent être remplacées par des vannes trois voies (une entrée, deux sorties ou deux entrées et une sortie). D'autres associations de vannes possibles sont à la portée de l'homme de métier.ABCD is connected to Cond and Evap by circuits containing G τ and closable respectively by solenoid valves EV 3 and EV 4 . Evap is connected to CT and CT 'by circuits containing G T and closable respectively by solenoid valves EV 1 and EV 1 . Cond is connected to CT and CT 'by circuits containing G τ and closable respectively by solenoid valves EV 2 and EV 2. In the embodiment shown in FIG. 2, the closure means are two-way solenoid valves. Other types of controlled or non-controlled valves may, however, be used, such as pneumatic valves, slide valves, or check valves. Some pairs of two-way valves (i.e., having an input and an output) may be replaced by three-way valves (one input, two outputs, or two inputs and one output). Other possible valve associations are within the reach of those skilled in the art.
Sur le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le liquide traversant le moteur hydraulique circule toujours dans le même sens. Dans ce mode de réalisation, qui est le plus fréquent pour un moteur hydraulique, le liquide de transfert Lτ à haute pression est toujours raccordé sur le moteur MH à la même entrée (à droite dans la figure 2) et le liquide de transfert Lτ à basse pression est toujours raccordé sur le moteur MH à la même sortie (à gauche dans la figure 2). Comme les enceintes CT et CT' sont alternativement à haute pression et à basse pression, un jeu d'électrovannes permet de les connecter aux entrée/sortie adéquates du moteur MH. Ainsi, le moteur hydraulique MH est relié en entrée (ou amont) à CT et CT' par un circuit contenant Lτ à haute pression et obturable respectivement par les électrovannes EVh et EVh', en sortie (ou aval) à CT et CT' par un circuit contenant Lτ à basse pression et obturable respectivement par les électrovannes EVb et EVb'. Par exemple dans l'étape du cycle représentée à la figure 2, la haute pression se trouve dans l'enceinte CT' et la basse pression dans CT; les électrovannes EVh' et EVb sont ouvertes et les électrovannes EV11 et EVb' sont fermées ; le liquide de transfert s'écoule à travers MH de la droite vers la gauche. Durant l'autre moitié du cycle, la haute pression est dans CT et la basse pression est dans CT', les électrovannes EVh. et EVb sont fermées et les électrovannes EVh et EVb- sont ouvertes, mais le liquide de transfert traverse le moteur hydraulique dans le même sens (de droite à gauche). ABCD est relié dans sa partie inférieure à l'aval de MH par un circuit contenant le liquide de transfert Lj et comprenant dans deux branches en parallèle la pompe hydraulique auxiliaire PHA2 et l'électrovanne EVr. Quand Lτ circule de MH vers ABCD, il est pressurisé par PHA2 et EVr est fermée. Quand Lτ circule de ABCD vers MH, il s'écoule par gravité, EVr est ouverte et PHA2 est arrêtée. Le liquide de transfert Lx étant finalement transvasé vers CT ou CT1, il est nécessaire que ABCD se trouve au dessus des enceintes CT et CT1.In the embodiment shown in Figure 2, the liquid passing through the hydraulic motor always flows in the same direction. In this embodiment, which is the most common for a hydraulic motor, the high pressure transfer liquid L τ is always connected to the motor MH at the same inlet (on the right in FIG. 2) and the transfer liquid L τ at low pressure is always connected to the MH motor at the same output (on the left in Figure 2). As the CT and CT 'speakers are alternately high pressure and low pressure, a set of solenoid valves can connect them to the appropriate input / output of the MH engine. Thus, the hydraulic motor MH is connected in input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L τ at high pressure and closable respectively by solenoid valves EV h and EV h' , at the output (or downstream) at CT and CT 'by a circuit containing L τ at low pressure and closable respectively by solenoid valves EV b and EV b ' . F or example in step of the cycle shown in Figure 2, the high pressure is in the chamber CT 'and the low pressure in CT; the solenoid valves EV h ' and EV b are open and the solenoid valves EV 11 and EV b' are closed; the transfer liquid flows through MH from right to left. During the other half of the cycle, the high pressure is in CT and the low pressure is in CT ', the solenoid valves EV h . and EV b are closed and solenoid valves EV h and EV b - are open, but the transfer liquid passes through the hydraulic motor in the same direction (from right to left). ABCD is connected in its lower part downstream of MH by a circuit containing the transfer liquid Lj and comprising in two branches in parallel the auxiliary hydraulic pump PHA 2 and the electrovalve EV r . When L τ flows from MH to ABCD, it is pressurized by PHA 2 and EV r is closed. When L τ flows from ABCD to MH, it flows by gravity, EV r is open and PHA 2 is stopped. The transfer liquid Lx is finally transferred to CT or CT 1 , it is necessary that ABCD is above the speakers CT and CT 1 .
Sur la figure 2, l'axe AX du moteur hydraulique MH est raccordé à un récepteur (c'est-à-dire un élément consommant du travail), soit directement soit par l'intermédiaire d'un couplage classique. Le récepteur est un alternateur ALT, couplé directement à l'axe du moteur hydraulique, et la pompe hydraulique auxiliaire PHA2 est raccordée par l'intermédiaire d'un embrayage magnétique EM. D'autres modes de couplages, tels qu'un cardan, une courroie, un embrayage magnétique ou mécanique peuvent être utilisés. De même, d'autres récepteurs peuvent être raccordés sur le même axe, par exemple une pompe à eau, une machine de Carnot modifiée réceptrice, une pompe à chaleur classique (à compression mécanique de vapeur). Si nécessaire, un volant d'inertie peut aussi être monté sur cet axe pour favoriser l'enchaînement des étapes réceptrices et motrices du cycle.In Figure 2, the axis AX of the hydraulic motor MH is connected to a receiver (that is to say a labor consuming element), either directly or via a conventional coupling. The receiver is an alternator ALT, coupled directly to the axis of the hydraulic motor, and the auxiliary hydraulic pump PHA 2 is connected via a magnetic clutch EM. Other coupling modes, such as a cardan, a belt, a magnetic or mechanical clutch can be used. Similarly, other receivers may be connected on the same axis, for example a water pump, a receiving modified Carnot machine, a conventional heat pump (with mechanical steam compression). If necessary, a flywheel can also be mounted on this axis to promote the sequencing of the receiving and driving stages of the cycle.
Un cycle de Carnot modifié peut être décrit dans le diagramme de Mollier des frigoristes, qui donne la pression P, en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail. La figure 3 représente le diagramme de Mollier du cycle de Carnot modifié moteur suivi par le fluide de travail Gj.A modified Carnot cycle can be described in the Mollier diagram of the refrigeration engineers, which gives the pressure P, in logarithmic scale, according to the mass enthalpy h of the working fluid. Figure 3 shows the Mollier diagram of the engine modified Carnot cycle followed by the working fluid Gj.
Selon le fluide Gτ retenu, l'étape de détente isentropique de la vapeur saturée en sortie de l'évaporateur peut conduire à un mélange biphasique ou à de la vapeur surchauffée. Dans la figure 3, le cas du mélange biphasique est représenté par la trajectoire entre les points "c" et "d" en pointillé et le cas de la vapeur surchauffée est représenté par la trajectoire entre les points "c" et "dvs" en trait continu. En outre, quel que soit GT, la vapeur en sortie de l'évaporateur peut être surchauffée de telle sorte qu'après la détente isentropique il n'y ait que de la vapeur surchauffée ou à la limite saturée. Ce 3eme cas est représenté dans la figure 3 par la trajectoire entre les points "cvs" et "dvs" en trait mixte. Toute incursion en début ou en fin de détente isentropique dans le domaine de la vapeur surchauffée génère des irréversibilités et induit donc une diminution du rendement du cycle. Toutefois lorsque la position du point "d" est très proche de l'état de vapeur saturée, il est préférable d'éliminer toute présence de Gx liquide dans les enceintes CT ou CT1 en réalisant une surchauffe de GJ en sortie de la détente isentropique. Le choix du moyen pour apporter de la chaleur à Gx dans CT et CT' est à la portée de l'homme de métier. L'apport de chaleur peut être fait par exemple par une résistance électrique ou par échange avec la source chaude à Th. L'échange de chaleur peut être fait dans un échangeur intégré au circuit de Lτ, ledit Lτ échangeant à son tour avec Gx à leur interface dans CT et CT'. L'échange peut en outre est effectué au niveau de la paroi latérale de CT et CT'. C'est cette dernière possibilité qui est représentée dans la figure 2, sur laquelle de la chaleur à la température Tj est apportée à Cx.Depending on the fluid G τ retained, the isentropic expansion step of the saturated steam at the outlet of the evaporator can lead to a two-phase mixture or to superheated steam. In Figure 3, the case of biphasic mixing is represented by the trajectory between dots "c" and "d" and the case of superheated steam is represented by the trajectory between points "c" and "d vs " in continuous line. In addition, regardless of G T , the steam at the outlet of the evaporator can be superheated so that after the isentropic expansion there is only superheated steam or the saturated limit. This 3 rd case is shown in Figure 3 by the trajectory between points "c vs" and "d vs" in phantom. Any incursion at the beginning or at the end of isentropic expansion in the superheated steam field generates irreversibilities and thus induces a decrease in the cycle efficiency. However, when the position of the point "d" is very close to the state of saturated vapor, it is preferable to eliminate any presence of liquid Gx in the CT or CT 1 enclosures by performing an overheating of G J at the exit of the trigger isentropic. The choice of the means for supplying heat to Gx in CT and CT 'is within the abilities of those skilled in the art. The heat input can be made for example by an electrical resistance or by exchange with the hot source at T h . The heat exchange can be done in an exchanger integrated in the circuit of L τ , said L τ exchanging in turn with Gx at their interface in CT and CT '. The exchange can further be performed at the sidewall of CT and CT '. It is this last possibility which is represented in FIG. 2, on which heat at the temperature Tj is brought to Cx.
Le cycle de Carnot modifié moteur est constitué par 4 phases successives débutant respectivement aux instants tα, I7, tδ et tλ. Il est décrit ci-après par référence au cycle a-b-c-dvs-e-a du diagramme de Mollier représenté sur la figure 3. Le principe est identique pour le cycle a-b-cvs-dvs-e-a.The engine modified Carnot cycle is constituted by 4 successive phases beginning respectively at the instants t α , I 7 , t δ and t λ . It is described below with reference to the abcd vs -ea cycle of the Mollier diagram shown in FIG. 3. The principle is identical for the cycle abc vs -d vs -ea.
Phase αβγ (entre les instants U et t^) :Phase αβγ (between the instants U and t ^):
À l'instant précédant immédiatement ^ , le niveau de Lτ est bas (noté B) dans ΛBCD et le cylindre CT, cl haut (noté II) dans Ic cylindre CT'. Au même instant, la pression de vapeur saturante de Gx a une valeur basse Pb dans ABCD et CT, et une valeur haute Ph dans Evap et CT'. C'est à cet instant du cycle que correspond la configuration de l'installation représentée schématiquement à la figure 2.At the instant immediately before ^, the level of L τ is low (denoted B) in ΛBCD and the cylinder CT, cl high (denoted II) in the cylinder CT '. At the same time, the saturation vapor pressure of Gx has a low value P b in ABCD and CT, and a high value P h in Evap and CT '. It is at this moment in the cycle that the configuration of the installation shown schematically in FIG.
A l'instant tα, l'ouverture des électro vannes EVV, EV2, EVh' et EVb et l'embrayage de PHA2 provoquent les phénomènes suivants :At time t α , the opening of the electro valves EVV, EV 2, EV h ' and EV b and the clutch of PHA 2 cause the following phenomena:
La vapeur saturée de Gτ sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert Lx à un niveau intermédiaire (noté J). Lx passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail dont une partie est récupérée par la pompe PHA2.The saturated vapor of G T leaving the evaporator at P h penetrates into CT 'and delivers the transfer liquid Lx to an intermediate level (denoted J). Lx passes through the MH engine while relaxing, which produces work some of which is recovered by the pump PHA 2 .
Après avoir été détendu par MH, une partie du liquide de transfert Lx est transférée vers CT et l'autre partie du liquide L7 est transférée vers ABCD. Dans CT, Lτ passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I), refoule les vapeurs de Gx vers le condenseur où elles se condensent et s'accumulent en partie inférieure (les vannes EV2 étant ouverte et EV3 fermée). L'autre partie de Lτ est aspirée par la pompe PHA2 et refoulée à plus haute pression vers ABCD ce qui permet de comprimer de façon isentropique le mélange liquide/vapeur de GT contenu dans cette enceinte. Sur le diagramme de Mollier (figure 3), cette étape correspond aux transformations simultanées suivantes:After being expanded by MH, a part of the transfer liquid Lx is transferred to CT and the other part of the liquid L 7 is transferred to ABCD. In CT, L τ goes from the low level to the intermediate level (noted I), pushes the vapors of Gx towards the condenser where they condense and accumulate in lower part (valves EV 2 being open and EV 3 closed). The other part of L τ is sucked by the pump PHA 2 and discharged at a higher pressure to ABCD which makes it possible to compress isentropically the liquid / vapor mixture of G T contained in this chamber. On the Mollier diagram (Figure 3), this step corresponds to the following simultaneous transformations:
* a -> b dans l'enceinte ABCD;* a -> b in the enclosure ABCD;
* b -> c dans l'ensemble Evap-CT';* b -> c in the Evap-CT 'set;
* dvs → e dans l'ensemble CT-Cond. La pressurisation de Gj à partir de la basse pression Pb jusqu'à la haute pression Ph dans ABCD doit être réalisée avant son introduction dans l'évaporateur qui est toujours à la pression haute Pj1. C'est donc seulement à l'instant tp que l'élec- trovanne EV4 (qui peut être remplacée par un clapet anti-retour) entre ABCD et Evap est ouverte. Ceci nécessite d'avoir un stock de Gj à l'état liquide dans l'éva- porateur au début de cette phase, stock qui est reconstitué à la fin de cette étape.* d vs → e in the CT-Cond set. The pressurization of Gj from the low pressure P b to the high pressure P h in ABCD must be carried out before it is introduced into the evaporator, which is always at the high pressure Pj 1 . It is only then that the solenoid valve EV 4 (which can be replaced by a non-return valve) between ABCD and Evap is open. This requires having a stock of Gj in the liquid state in the evaporator at the beginning of this phase, which stock is reconstituted at the end of this step.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβγ, de la chaleur Qh a été consommée au niveau de l'évaporateur à Th, de la chaleur Qae a été relâchée au niveau du condenseur à Tb (Tb < Th) et un travail Wαpγ net a également été délivré à l'extérieur. Phase γδ (entre les instants Xx et U)From an energy point of view, during this αβγ phase, heat Q h was consumed at the evaporator at T h , heat Qa e was released at the condenser at T b (T b < T h ) and a work W α p γ net has also been delivered externally. Phase γδ (between times X x and U)
À l'instant I7, c'est-à-dire lorsque le niveau de Lτ a atteint les valeurs prédéfinies (I dans CT, J dans CT' et H dans ABCD), on laisse EV2, EVb et EVh. ouvertes et on ouvre les électrovannes EV3 et EVr. Il en résulte que :At time I 7 , that is to say when the level of L τ has reached the predefined values (I in CT, J in CT 'and H in ABCD), we leave EV 2 , EV b and EV h . open and opens solenoid valves EV 3 and EV r . It follows that :
La vapeur de Gj contenue dans CT' continue à s'expanser, mais de manière quasi-adiabatique (transformation c — » d -> dvs sur le diagramme de Mollier, figure 3) et refoule toujours le liquide de transfert Lτ à travers le moteur MH dans le cylindre CT.The Gj vapor contained in CT 'continues to expand, but in a quasi-adiabatic manner (transformation c -> d -> d vs on the Mollier diagram, FIG. 3) and still forces the transfer liquid L τ through the MH engine in the CT cylinder.
En fait cette transformation peut être décomposée en une détente strictement adiabatique (c → d) qui aboutit selon le fluide Gτ dans le domaine biphasique ou dans la vapeur surchauffée, suivie d'une légère surchauffe (dIn fact, this transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c → d) which ends, according to the fluid G τ, in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d
— » dvs) par les parois de CT' maintenues à une température suffisante pour le permettre (comprise entre Tb et Th). La transformation d → dvs n'est pas obligatoire ; si à l'issue de la détente strictement adiabatique (c -» d) le fluide Gj se trouve dans le domaine biphasique, le liquide GT sera partiellement refoulé à la fin de cette phase γδ dans le condenseur. L'enceinte ABCD en communication avec le condenseur est ramenée à la pression basse et le liquide de transfert Lτ qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule par gravité vers CT qui doit donc se trouver préférentiel- lement au dessous de ABCD. Toutefois si l'électrovanne EV1. est ouverte un peu avant l'électrovanne EV3 et s'il reste un peu de Gτ à l'état de liquide saturé dans la partie supérieure de ABCD, alors la dépressurisation de Lτ lors de la mise en communication avec CT induit une vaporisation partielle ou totale dudit reste de Gτ liquide initialement à la pression haute Ph. Dans ces conditions la pression en amont de EVr peut être suffisante durant toute la durée du transfert de Lx pour compenser la hauteur de colonne de liquide et l'enceinte ABCD n'est alors pas obligatoirement au dessus des enceintes CT et CT1.- »d vs ) by CT 'walls maintained at a temperature sufficient to allow it (between T b and T h ). The transformation d → d vs is not mandatory; if at the end of the strictly adiabatic expansion (c - d) the fluid Gj is in the biphasic domain, the liquid GT will be partially repressed at the end of this phase γδ in the condenser. The enclosure ABCD in communication with the condenser is brought back to the low pressure and the transfer liquid L τ it contains in its lower part flows by gravity to CT, which must therefore be preferably below ABCD. However if the EV solenoid valve 1 . is opened a little before the solenoid valve EV 3 and if there remains a little G τ in the saturated liquid state in the upper part of ABCD, then the depressurization of L τ during the communication with CT induces a partially or completely vaporizing said rest of liquid G τ initially at the high pressure P h . Under these conditions, the pressure upstream of EV r may be sufficient throughout the duration of the transfer of Lx to compensate for the liquid column height and the enclosure ABCD is not necessarily above the speakers CT and CT 1 .
En raison de la montée du niveau de Lτ (de I à H) dans CT, le reste des vapeurs de Gτ dans CT se condense dans Cond (transformation e→a). - Tous les condensats (ceux accumulés à la phase précédente et ceux de la présente phase) se retrouvent dans ABCD.Due to the rise of the level of L τ (from I to H) in CT, the rest of the vapor of G τ in CT condenses in Cond (transformation e → a). - All the condensates (those accumulated in the previous phase and those of the present phase) are found in ABCD.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase γδ, de la chaleur Qea est relâchée au niveau du condenseur à Tb, un peu de chaleur (prélevée sur la source chaude à Th) est éventuellement consommée au niveau de CT' pour assurer la surchauffe d → dvs et un travail Wp7, est également délivré à l'extérieur.From an energy point of view, during this γδ phase, heat Q ea is released at the condenser at T b , a little heat (taken from the hot source at T h ) is possibly consumed at CT ' to ensure the overheating d → d vs and Wp work 7 , is also delivered externally.
La deuxième partie du cycle est symétrique : l'évaporateur, le condenseur et ABCD sont le siège des mêmes transformations successives, tandis que les rôles des enceintes CT et CT' sont intervertis.The second part of the cycle is symmetrical: the evaporator, the condenser and ABCD are the seat of the same successive transformations, while the roles of the CT and CT 'are reversed.
Phase δελ (entre les instants tg et tj) : Elle est équivalente à la phase αβγ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.Phase δελ (between instants tg and tj): It is equivalent to the αβγ phase but with inversion of the CT and CT 'transfer chambers.
Phase λα (entre les instants t^ et t,):Phase λα (between instants t ^ and t,):
Elle est équivalente à la phase γδ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT1. À l'issue de la phase λα, la machine de Carnot modifiée motrice de 2ème type se retrouve à l'état α du cycle décrit ci-dessus. Les diverses transformations thermodynamiques suivies par le fluide Gj (avec la transformation d — » dvs considérée comme optionnelle) et les niveaux du liquide de transfert Lj sont résumés dans le tableau 1. L'état des actionneurs (électrovannes et embrayage de la pompe PHA2) est résumé dans le tableau 2, dans lequel x signifie que l'électrovanne correspondante est ouverte ou que la pompe PHA2 est embrayée.It is equivalent to the γδ phase but with reversal of the CT and CT 1 transfer chambers. At the end of the λα phase, the modified motor Carnot machine of 2 nd type is found in the α state of the cycle described above. The various thermodynamic transformations followed by the fluid Gj (with the transformation d - »d vs considered optional) and the levels of the transfer liquid Lj are summarized in Table 1. The state of the actuators (solenoid valves and pump clutch) PHA 2 ) is summarized in Table 2, in which x means that the corresponding solenoid valve is open or that the PHA pump 2 is engaged.
Tableau 1Table 1
Tableau 2Table 2
La production de travail est continue pendant toute la durée du cycle, mais pas à puissance constante soit parce que la différence de pression aux bornes du moteur hydraulique varie, soit parce qu'une partie, variable dans le temps, de ce travail est récupérée par la pompe hydraulique auxiliaire PHA2. Ceci n'est pas gênant si le travail fourni à l'extérieur sert directement pour une machine réceptrice qui n'a pas besoin d'être constante à l'intérieur du cycle, telle qu'une pompe à eau ou une machine de Carnot modifiée réceptrice. Bien entendu, la puissance moyenne sur un cycle reste constante d'un cycle à l'autre, lorsqu'un régime permanent de fonctionnement est atteint et si les températures Th et Tb restent constantes. The production of work is continuous throughout the cycle, but not at constant power either because the pressure difference across the hydraulic motor varies, or because a part, variable in time, of this work is recovered by the auxiliary hydraulic pump PHA 2 . This is not a problem if the work supplied externally is used directly for a receiving machine that does not need to be constant inside the cycle, such as a modified water pump or Carnot machine. receptor. Of course, the average power over one cycle remains constant from one cycle to another, when a steady state of operation is reached and if the temperatures T h and T b remain constant.
Par ailleurs, l'évaporateur est isolé du reste du circuit pendant les phases γδ et λα alors que l'apport de chaleur par la source chaude à Th est a priori continu. Dans ces conditions il y aura durant ces phases d'isolement une montée en température et donc en pression dans l'évaporateur puis une brusque chute aux instants tα et tδ de réouverture des vannes EVi ou EV1'.Moreover, the evaporator is isolated from the rest of the circuit during the γδ and λα phases whereas the heat input by the hot source at T h is a priori continuous. Under these conditions there will be during these phases of isolation a rise in temperature and therefore in pressure in the evaporator and then a sudden drop at times t α and tδ reopening valves EVi or EV 1 ' .
Dans un mode de mise en œuvre préféré du procédé de l'invention, il est tenu compte du fait que le liquide de transfert Ly est incompressible, et que les variations de niveau qui interviennent simultanément dans les trois enceintes ABCD, CT et CT1 ne sont donc pas indépendantes. Par ailleurs ces variations de niveau de Lτ résultent ou impliquent des variations concomitantes de volume du fluide Gτ. Cela se traduit par l'équation suivante entre les volumes massiques de Gj à différents stades du cycle: ve - va = vdvs - vc (eq. 1) V; étant le volume massique de Gτ à l'état thermodynamique du point "i", "i" étant respectivement e, a, dvs et c.In a preferred embodiment of the method of the invention, it is taken into account that the transfer liquid Ly is incompressible, and that the level variations that occur simultaneously in the three enclosures ABCD, CT and CT 1 do not therefore are not independent. Moreover, these level variations of L τ result or involve concomitant variations in the volume of the fluid G τ . This results in the following equation between the mass volumes of Gj at different stages of the cycle: v e - v a = v dvs - v c (eq 1) V; being the mass volume of G τ in the thermodynamic state of point "i", where "i" is respectively e, a, d vs and c.
La figure 4 représente les diagrammes de Mollier pour trois cycles de Carnot modifiés moteurs du 2eme type, à savoir les cycles a"-b"-c"-dvs-e"-a", a'-b'-c'-dvs-e'-a' et a-b-c-dvs-a. Ces trois cycles ont une même température Tb de Gτ dans le condenseur et des températures croissantes de Gτ dans l'évaporateur, respectivement à T"h, T'h et Th. Sur cette figure, les courbes en trait mixte sont des courbes à volume massique constant.4 shows the Mollier diagrams to three cycles of Carnot modified engines of 2nd type, namely cycles "-b" -c "-d -e vs" -a "a'-b'-c ' -d vs -e'-a 'and -a abcd vs. These three cycles have the same temperature T b of G τ in the condenser and increasing G τ temperatures in the evaporator, respectively to T "h, T' h and T h . In this figure, the dashed line curves are curves with constant mass volume.
Lorsque les températures du condenseur et de l'évaporateur sont très proches (voire confondues), le point -e- dans le diagramme de Mollier est proche du point - a- (voire confondu avec) comme représenté schématiquement avec le cycle a"-b"- c"-dvs-e"-a". Au fur et à mesure que l'écart de température entre le puits et la source de chaleur augmente, le point -e- s'éloigne du point -a- et se rapproche du point -dvs- . Le cycle a'-b'-c'-dvs-e'-a' représente un cas intermédiaire et le cycle a-b-c-dvs-a représente le cas extrême dans lequel les points -e- et -dvs- sont confondus. Comme le rendement du cycle de Carnot modifié moteur augmente avec l'écart de température entre le puits et la source de chaleur, le cycle a-b-c-dvs-a est préférable sous réserve de disposer d'une source de chaleur à la température Th suffisante pour une température du puits Tb fixée.When the temperatures of the condenser and the evaporator are very close (or even confounded), the point -e- in the Mollier diagram is close to the point - a- (or even confused with) as represented schematically with the cycle a "-b "- c" -d vs -e "-a" As the temperature difference between the well and the heat source increases, the point -e- moves away from the point -a- and close to the point -d vs - The cycle a'-b'-c'-d vs -e'-a 'represents an intermediate case and the cycle abcd vs -a represents the extreme case in which the points -e- and -d vs - are confused As the engine modified Carnot cycle efficiency increases with the temperature difference between the well and the heat source, the abcd vs -a cycle is preferable provided a heat source is available at the temperature T h sufficient for a temperature of the well T b fixed.
Dans ce cas préféré (où ve = vdvs), l'équation (eq. 1) se réduit à vc = va tel que cela est représenté à la figure 4. En outre, les étapes décrites dans la configuration générale du procédé de mise en œuvre de la machine de Carnot modifiée motrice duIn this preferred case (where v e = v dvs ), the equation (eq.1) is reduced to v c = v a as shown in Figure 4. In addition, the steps described in the general configuration of implementation method of the modified motor Carnot machine of the
2 me type sont simplifiées puisque la transformation dvs(ou d) — > e n'a plus lieu d'être.2 nd type are simplified since the transformation of vs (or) -> e no longer relevant.
Ainsi, la différence de température (Th-Tb) entre les deux transformations isothermes du cycle de Carnot modifié moteur ne peut pas dépasser une certaine valeur ΔTmax, fonction d'une des températures (Th ou Tb) et du fluide de travail choisi Gτ. Or les performances de la machine de Carnot modifiée dépendent notamment de cette valeur ΔTmax. Pour obtenir la performance maximale avec un fluide Gx donné et une température Th ou Tb donnée, il est nécessaire de choisir les autres conditions de fonctionnement telles que le rapport va/vc soit le plus proche possible de 1 (par valeur inférieure), soit de préférence 0,9 < va/vc ≤ 1 et plus particulièrement 0,95 < va/vc < 1.Thus, the difference in temperature (T h -T b ) between the two isothermal transformations of the engine modified Carnot cycle can not exceed a certain value ΔT max , a function of one of the temperatures (T h or T b ) and the selected working fluid G τ . However, the performance of the modified Carnot machine depends in particular on this value ΔT max . To obtain the maximum performance with a given fluid G x and a given temperature T h or T b , it is necessary to choose the other operating conditions such that the ratio v a / v c is as close as possible to 1 (per value lower), preferably 0.9 <v a / v c ≤ 1 and more particularly 0.95 <v a / v c <1.
Les diverses transformations thermodynamiques de ce mode de réalisation préféré sont résumées dans le tableau 3, et l'état des actionneurs (électro vannes et embrayage de la pompe PHA2) est résumé dans le tableau 4 dans lequel x signifie que l'électrovanne correspondante est ouverte ou que la pompe PHA2 est embrayée.The various thermodynamic transformations of this preferred embodiment are summarized in Table 3, and the state of the actuators (electro valves and pump clutch PHA 2 ) is summarized in Table 4 wherein x means that the corresponding solenoid valve is open or that the PHA 2 pump is engaged.
Tableau 3Table 3
Tableau 4Table 4
Les étapes du cycle de Carnot modifié moteur du 2eme type dans la configuration préférée sont détaillées ci-dessous dans la mesure où elles diffèrent de celles décrites ci-dessus pour la configuration générale. A partir d'un état initial dans lequel d'une part le fluide de travail Gj est maintenu dans l'évaporateur Evap à haute température et dans le condenseur Cond à basse température par échange de chaleur respectivement avec la source chaude à Th et le puits froid à Tb <Th, et d'autre part tous les circuits de communication de GT et du liquide de transfert Lτ sont obturés, on soumet le fluide de travail Gτ à une succession de cycles comprenant les étapes suivantes :The steps of the modified Carnot cycle engine 2nd type in the preferred configuration are detailed below insofar as they differ from those described above for general configuration. From an initial state in which on the one hand the working fluid Gj is maintained in the evaporator Evap at high temperature and in the condenser Cond at low temperature by heat exchange respectively with the hot source at T h and the cold well at T b <T h , and secondly all the communication circuits of G T and the transfer liquid L τ are closed, the working fluid G τ is subjected to a succession of cycles comprising the following steps:
Phase αβγ (entre les instants U et ^) :Phase αβγ (between instants U and ^):
À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EVr et EVh' et l'embrayage de PHA2 provoquent les phénomènes suivants : - La vapeur saturée de Gj sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert Lτ à un niveau intermédiaire (noté J). Lτ passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail dont une partie est récupérée par la pompe PHA2.At time t α , the opening of solenoid valves EVr and EV h ' and the clutch of PHA 2 cause the following phenomena: - The saturated vapor of Gj leaving the evaporator at P h , enters CT' and discharges the transfer liquid L τ at an intermediate level (denoted J). L τ passes through the motor MH while relaxing, which produces work some of which is recovered by the pump PHA 2 .
Après avoir été détendu par MH, le liquide de transfert Lτ est aspiré par la pompe PHA2 et refoulé à plus haute pression vers ABCD ce qui permet de comprimer de façon isentropique le mélange liquide/vapeur de Gj contenu dans cette enceinte.After being expanded by MH, the transfer liquid L τ is sucked by the pump 2 and PHA discharged at a higher pressure to ABCD thereby compressing isentropically the liquid / vapor Gj contained in this chamber.
Sur le diagramme de Mollier (figure 4), cette étape correspond aux transformations simultanées suivantes: a -> b dans l'enceinte ABCD; b → c dans l'ensemble Evap-CT'.On the Mollier diagram (FIG. 4), this step corresponds to the following simultaneous transformations: a -> b in the ABCD enclosure; b → c in the Evap-CT 'set.
La pressurisation de Pb à Ph de Gτ dans ABCD doit être réalisée avant son introduction dans l'évaporateur qui est toujours à la pression haute Ph. C'est donc seulement à l'instant tp que l'électrovanne EV4 (qui peut être remplacée par un clapet anti-retour) entre ABCD et Evap est ouverte.The pressurization of P b to P h of G τ in ABCD must be carried out before its introduction into the evaporator which is always at the high pressure P h . It is therefore only at time t p that the solenoid valve EV 4 (which can be replaced by a non-return valve) between ABCD and Evap is open.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβγ, de la chaleur Qh a été consommée au niveau de l'évaporateur à Th et un travail WαPγ net a également été délivré à l'extérieur.From an energy point of view, during this αβγ phase, heat Q h was consumed at the evaporator at T h and net W αPγ work was also delivered to the outside.
Phase γδ (entre les instants t^ et ts) : À l'instant I7, c'est-à-dire lorsque le niveau de Lτ a atteint les valeurs prédéfinies (J dans CT' et H dans ABCD), on ferme EV1- et EV4, on laisse EVh- ouverte et on ouvre les électrovannes EV2 , EV3 , EVb et EVr. Il en résulte que :Phase γδ (between instants t ^ and ts): At time I 7 , that is to say when the level of L τ has reached the predefined values (J in CT 'and H in ABCD), we close EV 1 - and EV 4 , leave EV h - open and open solenoid valves EV 2 , EV 3 , EV b and EV r . It follows that :
La vapeur de Gτ contenue dans CT' continue à s'expanser, mais de manière adiabatique ou quasi-adiabatique c'est-à-dire selon la transformation c -> d (suivi éventuellement de d -> dvs) et refoule le liquide de transfert Lτ à travers le moteur MH dans le cylindre CT.The vapor of G τ contained in CT 'continues to expand, but adiabatically or quasi-adiabatically that is to say according to the transformation c -> d (optionally followed by d -> d vs) and discharges the transfer liquid L τ through the MH in the engine cylinder CT.
Cette transformation peut être décomposée en une détente strictement adiabatique (c — » d) qui aboutit selon le fluide GT dans le domaine biphasique ou dans la vapeur surchauffée, suivie d'une légère surchauffe (dThis transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c -> d) that ends up according to the fluid G T in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d
— > dvs) par les parois de CT' maintenues à une température suffisante pour le permettre (comprise entre Tb et Th).-> d vs ) by CT 'walls maintained at a temperature sufficient to allow it (between T b and T h ).
L'enceinte ABCD en communication avec le condenseur est ramenée à la pression basse et le liquide de transfert Lj qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule par gravité vers CT qui doit donc se trouver préférentiel- lement au dessous de ABCD. Toutefois si l'électrovanne EVr est ouverte un peu avant l'électrovanne EV3 et s'il reste un peu de GT à l'état de liquide saturé dans la partie supérieure de ABCD, alors la dépressurisation de Lτ lors de la mise en communication avec CT induit une vaporisation partielle ou totale dudit reste de Gτ liquide initialement à la pression haute Ph. Dans ces conditions la pression en amont de EV1. peut être suffisante durant toute la durée du transfert de LT pour compenser la hauteur de colonne de liquide et l'enceinte ABCD n'est alors pas obligatoirement au dessus des enceintes CT et CT'. - En raison de la montée du niveau de LT (de B à H) dans CT, les vapeurs de Gτ contenues dans CT se condensent dans le condenseur Cond (transformation d ou dvs -» a).The enclosure ABCD in communication with the condenser is brought back to the low pressure and the transfer liquid Lj that it contains in its lower part flows by gravity towards CT which must therefore be preferentially below ABCD. However, if the electrovalve EV r is opened a little before the solenoid valve EV 3 and if there remains a little G T in the saturated liquid state in the upper part of ABCD, then the depressurization of L τ during the put in communication with CT induces a partial or total vaporization of said rest of G τ liquid initially at the high pressure P h . Under these conditions the pressure upstream of EV 1 . may be sufficient throughout the duration of the transfer of L T to compensate for the height of the liquid column and the enclosure ABCD is not necessarily above the speakers CT and CT '. - Due to the rise of the level of L T (from B to H) in CT, the vapor of G τ contained in CT condenses in the condenser Cond (transformation d or d vs - »a).
Les condensats ne s'accumulent pas dans Cond car ils s'écoulent par gravité vers l'enceinte ABCD. D'un point de vu énergétique, durant cette phase γδ, de la chaleur Qj3 est relâchée au niveau du condenseur à Tb, un peu de chaleur (prélevée sur la source chaude à Th) est éventuellement consommée au niveau de CT' pour assurer la surchauffe d — » dvs et un travail Wγδ est également délivré à l'extérieur.The condensates do not accumulate in Cond because they flow by gravity to the enclosure ABCD. From an energy point of view, during this γδ phase, heat Qj 3 is released at the condenser at T b , a little heat (taken from the hot source at T h ) is optionally consumed at CT ' to ensure the overheating d - »d vs and a work W γδ is also delivered to the outside.
Comme dans le cas général du mode de mise en œuvre du procédé de l'invention dans une machine de Carnot modifiée motrice du 2ème type, l'autre moitié du cycle est symétrique : la phase δελ (entre les instants tδ et tλ) est équivalente à la phase αβγ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'. la phase λα (entre les instants tλ et tα) est équivalente à la phase γδ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.As in the general case of the mode of implementation of the method of the invention in a moderated motor Carnot machine of the 2nd type, the other half of the cycle is symmetrical: the phase δελ (between the instants t δ and t λ ) is equivalent to the αβγ phase but with reversal of CT and CT 'transfer chambers. the phase λα (between the instants t λ and t α ) is equivalent to the γδ phase but with inversion of the CT and CT 'transfer speakers.
Plus particulièrement : à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tγ, on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT (par EVi), on ouvre le circuit de Lτ entre CT et l'amont du moteur hydraulique MH (par EVh), et on actionne la pompe auxiliaire PHA2, de sorte que : * la vapeur saturée de Gj sortant de Evap à la pression élevée Pj1, pénètre dans CT et refoule Lτ à un niveau intermédiaire J ;More particularly: at the instant t δ , all the open circuits are closed at the instant t γ , the circuit of G τ is opened between Evap and CT (by EVi), the circuit of L τ is opened between CT and the upstream of the hydraulic motor MH (by EV h ), and the auxiliary pump PHA 2 is actuated, so that: * the saturated Gj vapor leaving Evap at the high pressure Pj 1 , enters CT and delivers L τ at an intermediate level J ;
* Lτ passe à travers MH en se détendant, puis Lτ est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD. à l'instant tg, on ouvre le circuit de Gτ entre ABCD et Evap (par EV4) de sorte que le fluide de travail Gτ est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur ; à l'instant tλ, on ferme le circuit de Gj entre Evap et CT d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, on arrête la pompe auxiliaire PHA2, on ouvre le circuit de Gτ entre Cond et ABCD (par EV3) d'une part, entre CT' et Cond (par EV2) d'autre part, et on ouvre le circuit de Lτ entre CT' et ABCD (par EV1. et EVb.) , de sorte que :* L τ passes through MH while relaxing, then L τ is sucked by PHA 2 and fed back to ABCD. at time tg, opening the circuit between G τ ABCD and Evap (EV 4) so that the G τ working fluid is introduced in the liquid state in the evaporator; at time t λ , the circuit of Gj is closed between Evap and CT on the one hand, between ABCD and Evap on the other hand, the auxiliary pump PHA 2 is stopped, the circuit of G τ is opened between Cond and ABCD (by EV 3 ) on the one hand, between CT 'and Cond (by EV 2 ) on the other hand, and we open the circuit of L τ between CT' and ABCD (by EV 1 and EV b . so that:
* La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lτ jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT1.* The vapor G T contained in CT continues to expand, adiabatically, and discharges to the low level L τ in CT then through MH CT-1.
* l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et Lτ, qu'elle contient dans sa partie inférieure, s'écoule vers CT ' ;the enclosure ABCD in communication with Cond is brought back to the low pressure and L τ , which it contains in its lower part, flows towards CT ';
* les vapeurs de Gj contenues dans CT ' se condensent dans Cond.* Gj vapors contained in CT 'condense in Cond.
Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent dans lequel la source chaude fournit en continu de la chaleur à la température Th au niveau de l'évaporateur Evap, de la chaleur est délivrée en continu par le condenseur Cond au puits froid à la température Tb, et du travail est délivré en continu par la machine.After several cycles, the installation operates at a steady state in which the hot source continuously supplies heat at the temperature T h at the evaporator Evap, heat is continuously delivered by the condenser Cond cold well at the temperature T b , and work is continuously delivered by the machine.
Dans ce cas préféré du cycle de Caraot modifié moteur de 2ème type, il existe, pour un fluide de travail donné et pour n'importe quelle température du condenseur Tb, une valeur maximale de la température Th-max de l'évaporateur telle que l'on vérifie l'égalité des volumes massiques vc et va. Toutefois, si l'on dispose d'une source de chaleur à une température Th bien supérieure à Th.maχ, il est possible a priori d'avoir un meilleur rendement de la machine, soit en associant en cascade deux machines de Carnot modifiées motrices dans l'installation de l'invention, soit en utilisant dans l'installation, une machine de Carnot modifiée motrice du 1er type. Dans une machine de Carnot modifiée motrice de 1er type, le dispositif de pressurisation/détente placé entre le condenseur Cond et l'évaporateur Evap comprend une pompe hydraulique auxiliaire PHAi et une électrovanne EV3 en série. La figure 5 est une représentation schématique du dispositif. Les éléments identiques à ceux de la machine motrice de 2eme type sont désignés par la même référence. L'électrovanne EV3 peut être remplacée par un simple clapet anti-retour, lui-même pouvant être intégré dans la pompe PHA1. Le fluide de travail Gτ à l'état de liquide saturé en sortie du condenseur Cond est directement pressurisé par la pompe PHAi et introduit dans l'évaporateur Evap.In this preferred case of the engine modified Caraot cycle of the 2nd type, there exists, for a given working fluid and for any temperature of the condenser T b , a maximum value of the temperature T h-max of the evaporator as we verify the equality of the mass volumes v c and v a . However, if one has a source of heat at a temperature T h well above T h . ma il, it is possible a priori to have a better performance of the machine, either by cascading two modified motor Carnot machines in the installation of the invention, or by using in the installation, a Carnot machine modified motor of the 1st type. In a modified driving Carnot machine of 1st type, the device of pressurization / relaxation Cond placed between the condenser and the evaporator Evap includes a PHAi auxiliary hydraulic pump and an EV 3 solenoid valve in series. Figure 5 is a schematic representation of the device. The elements identical to those of the driving machine of 2 nd type are designated by the same reference. The solenoid valve EV 3 can be replaced by a simple non-return valve, which can itself be integrated in the PHA 1 pump. The working fluid G τ in the saturated liquid state at the outlet of the condenser Cond is directly pressurized by the pump PHAi and introduced into the evaporator Evap.
Sur la figure 5 la possibilité d'apport de chaleur à la température Tj aux niveaux des enceintes CT et CT' n'est pas représentée, mais elle reste possible comme sur la figure 2.In FIG. 5, the possibility of supplying heat to the temperature Tj at the levels of the CT and CT 'speakers is not shown, but it remains possible as in FIG. 2.
Les différentes étapes du cycle et l'état des actionneurs (électrovannes et pompe PHA1) sont détaillés ci-dessous et résumés dans les tableaux 5 et 6.The different stages of the cycle and the state of the actuators (solenoid valves and PHA pump 1 ) are detailed below and summarized in Tables 5 and 6.
Tableau 5Table 5
Tableau 6Table 6
Les étapes du cycle de Camot modifié moteur du 1er type sont décrites ci- dessous pour les points qui diffèrent de ce qui a été décrit ci-dessus pour le cycle de Carnot modifié moteur du 2eme type dans sa configuration générale. Le premier cycle est effectué à partir d'un état initial dans lequel le fluide de travail Gj est maintenu dans l'évaporateur Evap à haute température et dans le condenseur Cond à basse température par échange de chaleur respectivement avec la source chaude à Th et le puits froid à Tb, et tous les circuits de communication du fluide de travail Gτ et du liquide de transfert Lτ sont obturés. À l'instant t0 on actionne la pompe hydraulique auxiliaire PHA1 et on ouvre (par EV3) le circuit de GT entre Cond et Evap de sorte qu'une partie de Gτ, à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi est aspiré par PHA1 dans la partie inférieure du condenseur Cond, et refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap où il se réchauffe, puis on soumet Gτ à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes : Phase αβ (entre les instants t» et tjQ : The steps of the Carnot cycle modified engine 1 type are described below for the points that differ from what was described above for the modified Carnot cycle engine 2nd type in its general configuration. The first cycle is carried out from an initial state in which the working fluid Gj is maintained in the evaporator Evap at high temperature and in the condenser Cond at low temperature by heat exchange respectively with the hot source at T h and the cold well at T b , and all the communication circuits of the working fluid G τ and the transfer liquid L τ are closed. At time t 0 is operated the auxiliary hydraulic pump 1 and is opened PHA (EV 3) G T circuit between Evap Cond and so that a portion of G τ, to the saturated liquid state or in -cooling is drawn by PHA 1 in the lower part of the condenser Cond, and discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap where it heats up, then subjected G τ to a succession of modified Carnot cycles, each of which comprising the following steps: Phase αβ (between times t "and t j Q:
À l'instant précédant immédiatement tα , le niveau de Lτ est bas (noté B) dans le cylindre CT, et haut (noté H) dans le cylindre CT'. Au même instant, la pression de vapeur saturante de GT a une valeur basse Pb dans CT, et une valeur haute Ph dans Evap et CT'. C'est cet instant du cycle qui est représenté schématiquement à la figure 5.At the moment immediately preceding t α , the level of L τ is low (noted B) in the cylinder CT, and high (denoted H) in the cylinder CT '. At the same time, the saturation vapor pressure of G T has a low value P b in CT, and a high value P h in Evap and CT '. It is this moment of the cycle which is represented diagrammatically in FIG.
À l'instant tα, l'ouverture des électro vannes EVV, EV2, EV3 EVh. et EVb et la mise en marche de PHAj provoquent les phénomènes suivants :At time t α , the opening of the electro valves EVV, EV 2, EV 3 EV h . and EV b and the start of PHAj cause the following phenomena:
La vapeur saturée de Gτ sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert Lτ à un niveau intermédiaire (noté J). Lτ passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail. Le travail nécessaire à PHAi est fourni par un moteur électrique indépendant, non représenté.The saturated vapor G exiting the evaporator τ P h enters CT 'and discharges the transfer liquid L τ at an intermediate level (denoted J). L τ passes through the MH engine while relaxing, which produces work. The work necessary for PHAi is provided by an independent electric motor, not shown.
Dans une variante, la pompe PHAi peut être raccordée à l'axe du moteur hydraulique par l'intermédiaire de l'embrayage magnétique EM, de sorte que, durant cette étape, une partie du travail délivré par le moteur hydraulique est récupérée par la pompe PHAi.In a variant, the pump PHAi can be connected to the axis of the hydraulic motor via the magnetic clutch EM, so that during this step, part of the work delivered by the hydraulic motor is recovered by the pump Phai.
Après avoir été détendu par MH, le liquide de transfert Lτ est refoulé dans CT. Dans CT, LT passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I), refoule les vapeurs de Gτ vers le condenseur où elles se condensent. Le fluide de travail Gτ à l'état de liquide saturé est aspiré par la pompe PHAi et refoulé à plus haute pression vers Evap où il entre à l'état de liquide sous- refroidi.After being expanded by MH, the transfer liquid L is discharged in τ CT. In CT, L T passes from the low level to the intermediate level (noted I), forces the vapors of G τ towards the condenser where they condense. The working fluid G τ in the saturated liquid state is sucked by the pump PHAi and discharged at higher pressure to Evap where it enters the state of subcooled liquid.
Sur le diagramme de Mollier (figure 6), cette étape correspond aux transformations simultanées suivantes: a -» b entre le condenseur et l'évaporateur; b -> bi → c dans l'ensemble Evap-CT'; dvs — » e dans l'ensemble CT-Cond.In the Mollier diagram (FIG. 6), this step corresponds to the following simultaneous transformations: a - »b between the condenser and the evaporator; b -> bi → c in the Evap-CT 'set; d vs - »e in all CT-Cond.
Il est préférable que la pompe hydraulique auxiliaire PHAi ne soit pas en marche et que l'électrovanne EV3 ne soit pas être ouverte s'il n'y a pas de liquide Gτ en amont de cette pompe. Un détecteur de niveau de liquide peut être disposé comme élément de sécurité pour arrêter la pompe et fermer l'électrovanne si nécessaire. L'évaporation de Gj dans Evap est compensée en continu par les apports de Gτ liquide venant du condenseur de sorte que le niveau de Gτ liquide dans l'évaporateur est à peu près constant. D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβ, de la chaleur Qh a été consommée au niveau de l'évaporateur à Th, de la chaleur Qde a été relâchée au niveau du condenseur à Tb (Tb < Th) et un travail Wαβ net a également été délivré à l'extérieur, ledit travail Wαp étant la différence entre le travail fourni par le moteur hydraulique MH et celui consommé par la pompe hydraulique auxiliaire PHAi. Phase βγ (entre les instants tβ et tγ) :It is preferable that the auxiliary hydraulic pump PHAi is not running and that the solenoid valve EV 3 is not open if there is no liquid G T upstream of this pump. A liquid level sensor may be provided as a safety element to stop the pump and close the solenoid valve if necessary. The evaporation of Gj in Evap is continuously compensated by the contributions of liquid G τ from the condenser so that the level of G τ liquid in the evaporator is approximately constant. From an energy point of view, during this αβ phase heat Q h was consumed at the evaporator at T h, Q heat has been released to the condenser at T b (T b < T h ) and a work W αβ net has also been delivered externally, said work W α p being the difference between the work provided by the hydraulic motor MH and that consumed by the auxiliary hydraulic pump PHAi. Phase βγ (between instants t β and tγ):
À l'instant tβ, c'est-à-dire lorsque le niveau de L1 a atteint les valeurs prédéfinies (I dans CT, J dans CT'), on ferme l'électrovanne EVV, on laisse EV2, EV3, EVb et EVh' ouvertes et la pompe PHAi en marche (si présence de Gτ liquide en amont). Il en résulte que : - La vapeur de Gx contenue dans CT' continue à s'expanser, mais de manière adiabatique (transformation c → dvs sur le diagramme de Mollier, figure 6) et refoule toujours le liquide de transfert Lτ à travers le moteur MH dans le cylindre CT. Comme pour le mode de réalisation illustré par la figure 3, cette transformation peut être décomposée en une détente strictement adiabatique (c -> d) qui aboutit, selon le fluide Gτ utilisé, dans le domaine biphasique ou dans la vapeur surchauffée, suivie d'une légère surchauffe (d -» dvs) par les parois de CT' maintenues à une température suffisante pour le permettre (comprise entre Tb et Th). En raison de la montée du niveau de LT (de I à H) dans CT, le reste des vapeurs de Gj dans CT se condense dans Cond (transformation e— »a). Comme pour l'étape précédente les condensats sont aspirés par PHAi au fur et à mesure qu'ils s'accumulent au fond du condenseur.At time t β , that is to say when the level of L 1 has reached the predefined values (I in CT, J in CT '), the solenoid valve EVV is closed, EV 2 , EV 3 is left , EV b and EV h ' open and PHAi pump running (if presence of G τ liquid upstream). As a result: - The Gx vapor contained in CT 'continues to expand, but adiabatically (transformation c → d vs the Mollier diagram, FIG. 6) and still forces the transfer liquid L τ through the MH engine in the CT cylinder. As for the embodiment illustrated in FIG. 3, this transformation can be decomposed into a strictly adiabatic expansion (c -> d) which, depending on the fluid G τ used, ends in the biphasic domain or in the superheated vapor, followed by a slight overheating (d - d vs ) by the CT 'walls maintained at a temperature sufficient to allow it (between T b and T h ). Due to the rise of the level of L T (from I to H) in CT, the rest of the Gj vapor in CT condenses in Cond (transformation e- »a). As in the previous step the condensates are aspirated by PHAi as they accumulate at the bottom of the condenser.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase βγ, de la chaleur Qea est relâchée au niveau du condenseur à Tb , un peu de chaleur (prélevée sur la source chaude à Tj1) est consommée au niveau de CT' pour assurer la surchauffe d — » dvset un travail net Wpγ est également délivré à l'extérieur.From an energy point of view, during this βγ phase, heat Q ea is released at the condenser at T b , a little heat (taken from the hot source at Tj 1 ) is consumed at the CT 'level. ensure overheating d - »d vs and net work Wp γ is also delivered externally.
L'autre moitié est symétrique : l'évaporateur et le condenseur sont le siège des mêmes transformations successives, tandis que les rôles des enceintes CT et CT' sont intervertis Phases γδ (entre les instants t^ et W) et δα (entre les instants U et O :The other half is symmetrical: the evaporator and the condenser are the seat of the same successive transformations, while the roles of the CT and CT 'speakers are interchanged Phases γδ (between instants t ^ and W) and δα (between instants U and O:
Elles sont équivalentes respectivement à la phase αβ et la phase βγ, mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.They are equivalent respectively to the αβ phase and the βγ phase, but with reversal of the CT and CT 'transfer chambers.
Plus particulièrement : à l'instant I7, on ferme les circuits ouverts à l'instant tp, excepté celui permettant le transfert de Gτ entre Cond et Evap (par EV3) , on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT (par EVi) d'une part, entre CT' et Cond (par EV2') d'autre part, et on ouvre le circuit permettant le transfert de LT de CT vers CT' en passant par le moteur hydraulique MH (par EVh et EVb) , de sorte que : * Gτ se réchauffe et s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT et refoule Lτ à un niveau intermédiaire J ;More particularly: at time I 7 , the open circuits are closed at time tp, except that allowing the transfer of G τ between Cond and Evap (by EV 3 ), the circuit of G τ is opened between Evap and CT (by EVi) on the one hand, between CT 'and Cond (by EV 2' ) on the other hand, and the circuit is opened allowing the transfer of L T from CT to CT 'via the hydraulic motor MH (by EV h and EV b ), so that: * G τ warms up and evaporates in Evap and the saturated vapor of G τ leaving Evap at the high pressure P h , enters CT and forces L τ to an intermediate level J;
* Lτ passe à travers MH en se détendant, puis Lτ est refoulé vers CT' jusqu'au niveau intermédiaire I ; * les vapeurs de Gy contenues dans CT1 et refoulées par le liquide Lj se condensent dans Cond ;* L τ passes through MH while relaxing, then L τ is pushed to CT 'up to the intermediate level I; * The Gy vapor contained in CT 1 and discharged by the liquid Lj condense in Cond;
* GT à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap ; - à l'instant tδ, on ferme le circuit de GT entre Evap et CT (i.e. fermeture de EVi) de sorte que :* G T in the state of saturated or subcooled liquid arrives in the lower part of Cond condenser where it is sucked as and by PHAi, then discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap; at time t δ , the circuit of G T is closed between Evap and CT (ie closure of EVi) so that:
* La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lτ jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT' où il atteint le niveau haut ; * le reste des vapeurs de Gτ contenues dans CT1 et refoulées par le liquide Lj se condensent dans Cond ;* The vapor G T contained in CT continues to expand, adiabatically, and discharges to the low level L τ in CT then through MH to CT where it reaches the top level; the rest of the vapors of G T contained in CT 1 and discharged by the liquid Lj condense in Cond;
* Gx à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi et enfin refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap.* Gx in the state of saturated or subcooled liquid arrives in the lower part of Cond condenser where it is sucked as and by PHAi and finally discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap.
Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent dans lequel la source chaude fournit en continu de la chaleur à haute température Th au niveau de l'évaporateur Evap, de la chaleur est délivrée en continu par le condenseur Cond au puits froid à Tb et du travail est délivré en continu par la machine. Dans cette configuration (dite de 1er type), l'équation (1) liant les volumes massiques de Gτ dans les différentes étapes du cycle est toujours valable, soit : ve - va = vdvs - vc (eq. 1)After several cycles, the plant operates at a steady state in which the hot source continuously supplies heat at high temperature T h at the evaporator Evap, heat is continuously supplied by the condenser Cond cold well at T b and work is continuously delivered by the machine. In this (so-called 1st type) configuration, the equation (1) linking the mass volumes of G τ in the different stages of the cycle is still valid, ie: v e - v a = v dvs - v c (eq. 1)
Toutefois le volume massique de Gτ en sortie du condenseur, c-à-d à l'état de liquide saturé (point "a" dans le diagramme de Mollier) est toujours très inférieur à celui de Gτ en sortie de l'évaporateur, c-à-d à l'état de vapeur saturée ou surchauffée (point "c" ou "cvs" dans le diagramme de Mollier) quelque soit l'écart en température entre Th et Tb. Ainsi la double inégalité suivante est toujours vérifiée : va < ve < vdvs (inéq. 1)However, the mass volume of G τ at the outlet of the condenser, ie in the saturated liquid state (point "a" in the Mollier diagram) is always much smaller than that of G T at the outlet of the evaporator , ie in the state of saturated or superheated steam (point "c" or "c vs " in the Mollier diagram) whatever the temperature difference between T h and T b . Thus the following double inequality is always verified: v a <v e <v dvs (in 1)
Le point "e" est toujours compris entre les points "a" et "dvs" dans le diagramme de Mollier et les températures Tb et T1, peuvent être fixées de façon totalement indépendantes sans que cela affecte le fonctionnement de la machine de Carnot modifiée motrice de 1er type.The point "e" is always between the points "a" and "d vs " in the Mollier diagram and the temperatures T b and T 1 can be set in a totally independent way without affecting the operation of the machine. Carnot Modified Motor 1st type.
La machine de Carnot modifiée motrice de 1er type est plus simple dans son fonctionnement et comprend moins d'éléments constitutifs. Toutefois, comme pour le cycle de Rankine, la transformation b -» bf génère des irréversibilités notables ce qui a un effet défavorable sur le rendement du cycle. Toutefois comme l'augmentation de l'écart (Th-Tb) a, à l'inverse, un effet positif sur ce rendement, il est possible, selon les conditions thermodynamiques et le fluide Gτ choisis, que le rendement de la machine de Carnot modifiée motrice de 1er type soit finalement supérieur à celui de la machine de Carnot modifiée motrice de 2ème type, y compris dans sa configuration préférée.The Carnot machine motor Amended 1st type is simpler in its functioning and comprises fewer components. However, as with the Rankine cycle, the transformation b - »b f generates significant irreversibilities which has an adverse effect on cycle efficiency. However, since the increase in the difference (T h -T b ) has, conversely, a positive effect on this yield, it is possible, depending on the thermodynamic conditions and the fluid G τ chosen, that the efficiency of the Carnot machine modified driving of 1st type is ultimately greater than that of the modified driving Carnot machine of the 2nd type, including in its preferred configuration.
Lorsque le procédé de l'invention est une succession de cycles de Carnot modifiés récepteurs, la source de chaleur est à une température Tb inférieure à la température Th du puits de chaleur. Chaque cycle est constitué par une succession d'étapes au cours desquelles il y a un changement de volume du fluide de travail Gτ. Cette variation de volume provoque ou est provoquée par un déplacement du liquide Lτ. Ainsi durant certaines étapes, l'installation consomme du travail et en restitue durant d'autres étapes, mais sur le cycle complet, il y a une consommation nette de travail fourni par l'environnement par l'intermédiaire d'une pompe hydraulique PH.When the process of the invention is a succession of modified receptor Carnot cycles, the heat source is at a temperature T b lower than the temperature T h of the heat sink. Each cycle consists of a succession of steps in which there is a change in the volume of the working fluid G τ . This volume variation causes or is caused by a displacement of the liquid L τ . Thus during certain stages, the installation consumes work and restores it during other stages, but on the complete cycle, there is a net consumption of work provided by the environment by means of a hydraulic pump PH.
Dans une machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type, l'étape de détente adiabatique est isenthalpique plutôt qu'isentropique. En effet le travail susceptible d'être récupéré durant la détente isentropique est faible en comparaison des travaux mis en jeu durant les autres étapes du cycle. La détente isenthalpique ne nécessite qu'un simple dispositif de détente adiabatique irréversible, le dispositif de pressurisation ou détente peut être un capillaire ou une vanne de détente. Dans un machine de Carnot modifiée réceptrice du 2ème type, il est nécessaire que le dispositif de pressurisation et de détente soit une bouteille de compression/ détente adia- batique ABCD et les moyens de transfert associés. Ainsi dans cette configuration préférée du 1er type, le coefficient de performance ou d'amplification de la machine de Carnot modifiée réceptrice sera légèrement diminué (tout en restant supérieur aux machines équivalentes de l'art antérieur) mais avec une simplification significative du procédé et un coût moindre. Lorsque le procédé de l'invention est une succession de cycles de Carnot modifiés récepteurs, la source de chaleur est à une température Tb inférieure à la température Th du puits de chaleur. Chaque cycle est constitué par une succession d'étapes au cours desquelles il y a un changement de volume du fluide de travail Gj. Cette variation de volume provoque ou est provoquée par un déplacement du liqui- de Lτ. Ainsi durant certaines étapes l'installation consomme du travail et en restitue durant d'autres étapes, mais sur le cycle complet, il y a une consommation nette de travail fourni par l'environnement par l'intermédiaire d'une pompe hydraulique PH.In a modified receiving Carnot machine of the 1st type, the adiabatic expansion step is isenthalpic rather qu'isentropique. Indeed the work likely to be recovered during isentropic relaxation is low compared to the work involved during the other stages of the cycle. The isenthalpic expansion requires only a simple irreversible adiabatic expansion device, the pressurizing or relaxing device may be a capillary or an expansion valve. In a modified type receiving Carnot machine of the 2nd type, it is necessary that the pressurizing and expansion device is an adCDatic compression / expansion bottle ABCD and the associated transfer means. Thus in this preferred configuration of the 1st type, the coefficient of performance, or amplification of the Carnot machine receiving modified to be slightly reduced (but still higher than the equivalent machines of the prior art) but with a significant simplification of the process and a lower cost. When the process of the invention is a succession of modified receptor Carnot cycles, the heat source is at a temperature T b lower than the temperature T h of the heat sink. Each cycle is constituted by a succession of steps during which there is a change in the volume of the working fluid Gj. This change in volume causes or is caused by a displacement of the liquid L T. Thus during certain stages the installation consumes work and restores it during other stages, but on the complete cycle, there is a net consumption of work provided by the environment by means of a hydraulic pump PH.
La figure 7 représente une vue schématique d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 2ème type qui comprend un évaporateur Evap, un condenseur Cond, une enceinte de compression/détente isentropique ABCD, une pompe hydraulique PH et deux enceintes de transfert CT et CT'. Ces différents éléments sont reliés entre eux par un premier circuit contenant exclusivement le fluide de travail Gτ, et un second circuit contenant exclusivement le liquide de transfert Lτ. Lesdits circuits comprennent différentes ramifications obturables par des moyens comman- dés ou pas. Sur le mode de réalisation représenté sur la figure 7, les vannes commandées sont des électrovannes deux voies. D'autres types de vannes commandées peuvent cependant être utilisées, notamment des vannes pneumatiques, des vannes à tiroir, ou des clapets anti-retour. Certaines paires de vannes deux voies (c-à-d ayant une entrée et une sortie) peuvent être remplacées par des vannes trois voies (une entrée, deux sorties ou deux entrées et une sortie). D'autres associations de vannes possibles sont à la portée de l'homme de métier.FIG. 7 represents a schematic view of a 2nd type receiving modified Carnot machine which comprises an Evap evaporator, a Cond condenser, an ABCD isentropic compression / expansion chamber, a hydraulic pump PH and two CT and CT transfer chambers. . These different elements are connected to each other by a first circuit exclusively containing the working fluid G τ , and a second circuit exclusively containing the transfer liquid L τ . Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled or non-controlled means. In the embodiment shown in FIG. 7, the controlled valves are two-way solenoid valves. Other types of valves However, these controls may be used, such as pneumatic valves, slide valves, or check valves. Some pairs of two-way valves (ie, having an input and an output) may be replaced by three-way valves (one input, two outputs or two inputs and one output). Other possible valve associations are within the reach of those skilled in the art.
L'évaporateur Evap et le condenseur Cond contiennent exclusivement le fluide Gτ en général à l'état de mélange liquide/ vapeur. Toutefois, selon le fluide de travail Gτ et la température Th du puits chaud, ledit fluide de travail Gτ peut se trouver dans le domaine supercritique à Th et dans ces conditions le condenseur Cond ne contient que Gτ à l'état gazeux.The evaporator Evap and the condenser Cond exclusively contain the fluid G τ in general in the state of liquid / vapor mixture. However, according to the working fluid G τ and the temperature T h of the hot well, said working fluid G τ can be in the supercritical range at T h and under these conditions the condenser Cond contains only G τ in the state gaseous.
La pompe PH est traversée exclusivement par du liquide Lτ. Les éléments ABCD, CT et CT' constituent les interfaces entre les deux circuits (Gτ et Lj). Ils contiennent le fluide hydraulique de transfert Lj dans la partie inférieure et/ou le fluide de travail GT à l'état liquide, vapeur ou mélange liquide-vapeur dans la partie supérieure. ABCD est relié à Cond et à Evap par des circuits contenant Gτ et obturables respectivement par les électrovannes EV3 et EV4. Evap est relié à CT et CT1 par des circuits contenant GT et obturables respectivement par les électrovannes EV1 et EVi-. Cond est relié à CT et CT' par des circuits contenant GT et obturables respectivement par les électrovannes EV2 et EV2-. Généralement le liquide traversant une pompe hydraulique circule toujours dans le même sens. C'est cette option la plus courante qui esl représenlée dans la figure 7. Cela implique que le liquide de transfert LT à basse pression soit toujours raccordé sur la pompe PH à la même entrée (à gauche dans la figure 7) et que le liquide de transfert Lτ à haute pression soit toujours raccordé sur la pompe PH à la même sortie (à droite dans la figure 7). Comme les enceintes CT et CT' sont alternativement à haute pression et à basse pression, un jeu d'électro vannes permet de les connecter aux entrée/sortie adéquates de la pompe PH. Ainsi, la pompe PH est reliée en entrée (ou amont) à CT et CT' par un circuit contenant Lx à basse pression et obturable respectivement par les électrovannes EVb et EVb>, en sortie (ou aval) à CT et CT' par un circuit contenant Lτ à haute pression et obturable respectivement par les électrovannes EVh et EVh'. Par exemple si la haute pression se trouve dans l'enceinte CT' et la basse dans CT, les électrovannes EVh- et EVb sont ouvertes et les électrovannes EVh et EVb. fermées, le liquide de transfert s'écoule à travers PH de la gauche vers la droite. Durant l'autre moitié du cycle, la haute pression est alors dans CT et la basse pression dans CT', et les électro vannes EVj1' et EVb sont fermées et les électrovannes EVh et EVb' sont ouvertes mais le liquide de transfert traverse la pompe hydraulique dans le même sens (de gauche à droite).The PH pump is traversed exclusively by liquid L τ . The elements ABCD, CT and CT 'constitute the interfaces between the two circuits (G τ and Lj). They contain the hydraulic transfer fluid Lj in the lower part and / or the working fluid G T in the liquid state, vapor or liquid-vapor mixture in the upper part. ABCD is connected to Cond and Evap by circuits containing G τ and closable respectively by solenoid valves EV 3 and EV 4 . Evap is connected to CT and CT 1 by circuits containing G T and closable respectively by solenoid valves EV 1 and EV-. Cond is connected to CT and CT 'by circuits containing G T and closable respectively by solenoid valves EV 2 and EV 2 -. Generally the liquid passing through a hydraulic pump always flows in the same direction. It is this most common option which is shown in FIG. 7. This implies that the low pressure transfer liquid L T is always connected to the pump PH at the same inlet (on the left in FIG. 7) and that the Transfer liquid L τ at high pressure is always connected to the pump PH at the same output (on the right in Figure 7). As the CT and CT 'speakers are alternately high pressure and low pressure, a set of electro valves can be connected to the appropriate input / output of the pump PH. Thus, the pump PH is connected at the input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L x at low pressure and closable respectively by solenoid valves EV b and EV b > at the output (or downstream) at CT and CT by a circuit containing L τ at high pressure and closable respectively by solenoid valves EV h and EV h ' . For example, if the high pressure is in the chamber CT 'and the bass in CT, the solenoid valves EV h - and EV b are open and the solenoid valves EV h and EV b . closed, the transfer liquid flows through PH from left to right. During the other half of the cycle, the high pressure is then in CT and the low pressure in CT ', and the electro valves EVj 1' and EV b are closed and solenoid valves EV h and EV b ' are open but the transfer liquid passes through the hydraulic pump in the same direction (from left to right).
ABCD est relié dans sa partie inférieure par deux branches en parallèle du circuit contenant le liquide de transfert Lτ. La branche obturable par l'électrovanne EVj est raccordée au circuit haute pression de Lτ, et la branche obturable par l'électrovanne EVr est raccordée au circuit basse pression. Quand Lτ circule de ABCD vers l'enceinte de transfert CT ou CT', il s'écoule par gravité et il est donc nécessaire que ABCD se trouve au dessus des enceintes CT et CT'.ABCD is connected in its lower part by two branches in parallel with the circuit containing the transfer liquid L τ . The branch closable by the solenoid valve EVj is connected to the high pressure circuit of L τ , and the branch closable by the solenoid valve EV r is connected to the low pressure circuit. When τ L flows from ABCD to the CT or CT transfer chamber ', it flows by gravity and it is therefore necessary that ABCD is above CT and CT pregnant.
L'axe de la pompe hydraulique PH doit être raccordé à un ou plusieurs dispositifs moteurs (c'est-à-dire fournissant du travail) soit directement soit par l'intermédiaire d'un couplage classique, tel qu'un cardan, une courroie, un embrayage (magnétique ou mécanique). Par exemple dans la figure 7, l'axe AX est raccordé à un moteur électrique ME par l'intermédiaire d'un embrayage magnétiqueThe axis of the hydraulic pump PH must be connected to one or more motor devices (ie providing work) either directly or via a conventional coupling, such as a cardan, a belt , a clutch (magnetic or mechanical). For example in Figure 7, the axis AX is connected to an electric motor ME via a magnetic clutch.
EMi, tandis qu'un autre embrayage magnétique EM2 permet le couplage à d'autres moteurs tels qu'une turbine hydraulique, un moteur à essence ou diesel, un moteur à gaz, ou une machine de Carnot modifiée motrice. Enfin, si nécessaire, un volant d'inertie peut aussi être monté sur cet axe pour favoriser l'enchaînement des étapes réceptrices et motrices du cycle.EMi, while another magnetic clutch EM 2 allows the coupling to other engines such as a hydraulic turbine, a gasoline or diesel engine, a gas engine, or a motor modified Carnot machine. Finally, if necessary, a flywheel can also be mounted on this axis to promote the sequencing of the receiver and motor stages of the cycle.
Le cycle de Carnot modifié récepteur suivi par le fluide moteur Gτ est décrit dans le diagramme de Mollier représenté sur la Figure 8.The modified receiver Carnot cycle followed by the working fluid G T is described in the Mollier diagram shown in FIG. 8.
Selon le fluide GT retenu, l'étape de compression isentropique de la vapeur saturée en sortie de l'évaporateur peut conduire à un mélange biphasique ou à de la vapeur surchauffée. Dans la figure 8, le 1er cas (mélange biphasique, assez rare) est représenté par la trajectoire entre les points "1" et "2" en pointillé et le 2eme cas (vapeur surchauffée) par la trajectoire entre les points "1" et "2VS" en trait continu. Par ailleurs, quelque soit Gτ, la vapeur en sortie de l'évaporateur peut être légèrement surchauffée de telle sorte qu'après la compression isentropique il n'y ait que de la vapeur surchauffée ou à la limite saturée. Ce 3eme cas est représenté dans la figure 8 par la trajectoire entre les points "lvs" et "2VS" en trait mixte. Toute incursion en début ou en fin de compression isentropique dans le domaine de la vapeur surchauffée génère des irréversibilités et induit donc une légère diminution des coefficients de performance ou d'amplification du cycle. Comme pour la machine de Carnot modifiée motrice, il est possible de réaliser une surchauffe de Gτ en entrée de la compression isentropique, mais cela ne présente qu'un intérêt faible (éviter toute présence de Gτ liquide dans les enceintes CT ou CT') et seulement dans le cas où ladite compression isentropique aboutirait dans le domaine biphasique. Les solutions techniques pour réaliser cette surchauffe sont les mêmes que pour la machine motrice (résistance électrique, échange avec la source chaude à Th,...) et ne sont pas représentées dans la figure 7.Depending on the fluid G T retained, the isentropic compression stage of the saturated steam at the outlet of the evaporator can lead to a biphasic mixture or to superheated steam. In Figure 8, 1 case (two-phase mixture, rare) is represented by the path between the points "1" and "2" dotted and 2nd cases (superheated steam) by the trajectory between points "1 "and" 2 VS "in solid line. On the other hand, whatever G τ is , the vapor at the outlet of the evaporator can be slightly superheated so that after the isentropic compression there is only superheated steam or at the saturated limit. This 3 rd case is shown in Figure 8 by the trajectory between points "l vs" and "2 VS" in phantom. Any incursion at the beginning or end of isentropic compression in the superheated steam field generates irreversibilities and thus induces a slight decrease in the coefficients of performance or amplification of the cycle. As for the engine modified Carnot machine, it is possible to carry out an overheating of G τ at the input of the isentropic compression, but this presents only a small interest (to avoid any presence of liquid G τ in the CT or CT 'enclosures ) and only in the case where said isentropic compression would end up in the biphasic domain. The technical solutions for achieving this superheating are the same as for the prime mover (electrical resistance, exchange with the hot source at T h , ...) and are not shown in FIG.
Le dispositif d'introduction du fluide de travail Gτ dans l'évaporateur est adapté pour que Gτ soit introduit à l'état liquide dans l'évaporateur mais après que le liquide saturé (point 3 du diagramme de Mollier, figure 8) se soit détendu, et donc en occupant plus de volume et avec un ciel gazeux au dessus du liquide restant (point 4 du diagramme de Mollier, figure 8). Une solution, parmi d'autres envisageables, consiste à introduire un tube d'aspiration flexible avec son extrémité aspi- rante fixée sur un flotteur dans ABCD et juste sous la ligne de flottaison. L'enceinte ABCD doit être placée au dessus du niveau de liquide de Gτ dans l'évaporateur (comme représenté sur la figure 7) et au dessus de CT et CT' de façon à ce que l'évacuation, soit de Gτ liquide, soit de Lτ dans un réservoir ou l'autre puisse se faire par gravité. Le cycle de Carnot modifié récepteur est constitué par 4 phases successives débutant respectivement aux instants tα, tγ, tδ et tλ. Seul le cycle l-2vs-3-4-5-l est décrit ci-dessous car la variante avec le point " lvs" n'apporte aucune modification de principe.The device for introducing the working fluid G τ into the evaporator is adapted so that G τ is introduced in the liquid state into the evaporator but after the saturated liquid (point 3 of the Mollier diagram, FIG. either relaxed, and thus by occupying more volume and with a gaseous sky above the remaining liquid (point 4 of the Mollier diagram, figure 8). One solution, among others conceivable, is to introduce a flexible suction tube with its suction end fixed to a float in ABCD and just below the waterline. The enclosure ABCD must be placed above the liquid level G τ in the evaporator (as shown in FIG. 7) and above CT and CT 'so that the evacuation is of G τ liquid either L τ in a tank or the other can be done by gravity. The modified modified Carnot cycle is constituted by 4 successive phases beginning respectively at the instants t α , t γ , t δ and t λ . Only the cycle l-2 vs -3-4-5-l is described below because the variant with the point "l vs " does not bring any modification of principle.
À partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail Gτ et du liquide de transfert Lτ sont obturés, à l'instant t0, on actionne la pompe hydraulique PH, puis on soumet Gj à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes :From an initial state in which all the communication circuits of the working fluid G τ and of the transfer liquid L τ are closed, at time t 0 , the hydraulic pump PH is actuated, then Gj is subjected to succession of modified Carnot cycles, each of which comprises the following steps:
Phase αβγΑβγ phase
À l'instant précédant immédiatement tα , le niveau de Lτ est haut (noté H) dans ABCD et le cylindre CT, et bas (noté B) dans le cylindre CT'. Au même instant, la pression de vapeur saturante de Gτ a une valeur haute Ph dans ABCD,At the moment immediately preceding t α , the level of L τ is high (denoted H) in ABCD and the cylinder CT, and low (denoted B) in the cylinder CT '. At the same time, the saturation vapor pressure of G τ has a high value P h in ABCD,
Cond et CT, et une valeur basse Pb dans Evap et CT'. C'est cet instant du cycle qui est représenté schématiquement dans la configuration de la figure 7.Cond and CT, and a low value P b in Evap and CT '. It is this moment of the cycle which is schematically represented in the configuration of FIG.
À l'instant tα, on ouvre les électrovannes EVr, EVb et EVh-. La détente isentropique de Gx à l'état de mélange liquide/vapeur (mais avec une teneur massique de vapeur quasi nul) dans ABCD refoule Lτ à travers PH. Simultanément la très faible quantité de vapeur saturée et le liquide de transfert Lx contenus dansAt time t α , the solenoid valves EV r , EV b and EV h - are opened. The isentropic expansion of Gx in the state of liquid / vapor (but with a mass content of almost zero vapor) in ABCD τ L discharges through PH. At the same time, the very small amount of saturated steam and the transfer liquid Lx contained in
CT suivent la même évolution de pression ce qui, compte tenu de la faible quantité de vapeur, ne s'accompagne pas d'une variation significative de niveau de Lτ dans CT. Le liquide de transfert Lτ en aval de PH comprime isentropiquement les vapeurs de Gτ contenues dans CT1. Les pressions à l'amont et l'aval de la pompe PH s'équilibrent à l'instant tp. Entre tα et tp il n'y a théoriquement aucune consommation nette de travail fourni par la pompe PH. La durée tp-tα est courte car il n'y a durant cette étape aucun transfert de chaleur. À l'instant tp, on ouvre les électrovannes EVi et EV4. Les conséquences sont: suite à l'ouverture de EV1, la vapeur saturée de GT sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT et refoule le liquide de transfert Lj à un niveau intermédiaire (noté J). Ce liquide est aspiré et pressurisé par la pompe PH, ce qui consomme du travail net fourni par l'extérieur. En sortie de la pompe, Lj est refoulé vers le cylindre CT' (jusqu'au niveau I) ce qui permet de finir la compression isentropique de Gj jusqu'à la pression Ph. suite à l'ouverture de EV4, le fluide de travail Gx à l'état de liquide saturé et à basse pression Pb s'écoule par gravité dans l'évaporateur Evap, ce qui fait plus que compenser en masse la sortie de Gj gazeux vers CT.CT follow the same pressure evolution which, given the small amount of vapor, is not accompanied by a significant variation in the level of L τ in CT. The transfer of liquid L τ downstream PH isentropically compresses the G τ vapors contained in CT 1 . The pressures upstream and downstream of the pump PH equilibrate at time t p . Between t α and t p there is theoretically no net consumption of work provided by the pump PH. The duration tp-t α is short because there is during this step no heat transfer. At instant tp, the solenoid valves EV 1 and EV 4 are opened. The consequences are: following the opening of EV 1 , the saturated vapor of G T leaving the evaporator at P h , enters CT and forces the transfer liquid Lj to an intermediate level (denoted J). This liquid is sucked up and pressurized by the PH pump, which consumes net work from the outside. At the outlet of the pump, Lj is forced towards the cylinder CT '(up to level I), which makes it possible to finish the isentropic compression of Gj up to the pressure P h . following the opening of EV 4 , the working fluid Gx in the saturated and low-pressure liquid state P b flows by gravity into the evaporator Evap, which more than compensates for the mass of the output of Gj gaseous to CT.
Durant cette phase αβγ les transformations suivantes ont été réalisées : la transformation 3 -> 4 dans ABCD; la transformation 4 -> 5 dans l'ensemble Evap-CT; la transformation 1 — » 2VS dans CT'. La compression est isentropique et on suppose qu'avec le fluide GT utilisé elle aboutit dans le domaine de la vapeur surchauffée.During this αβγ phase, the following transformations were carried out: the 3 → 4 transformation in ABCD; the 4 -> 5 transformation in the Evap-CT set; transformation 1 - »2 VS in CT '. The compression is isentropic and it is assumed that with the fluid G T used it ends in the field of superheated steam.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβγ, de la chaleur Q45 a été pompée au niveau de l'évaporateur à Tb et un travail WαPr a également été consommé par la pompe PH. Ce travail a été fourni par l'extérieur à puissance crois- santé à partir de tp puisque la pression en amont de la pompe reste quasi constanteFrom an energy point of view, during this αβγ phase, heat Q 45 was pumped at the evaporator at T b and a work W αPr was also consumed by the pump PH. This work was provided by the outside at power from tp since the pressure upstream of the pump remains almost constant
(=Pb) à partir de cet instant tandis que la pression en aval augmente de jusqu'à Ph.(= P b ) from this moment while the downstream pressure increases up to P h .
Phase γδΓδ phase
À l'instant ty, c'est-à-dire lorsque le niveau de Lτ a atteint les valeurs prédéfinies (B dans ABCD, J dans CT et I dans CT'), on laisse EVi , EVb et EVh- ouvertes et simultanément on ouvre les électrovannes EV2-, EV3 et EVj. Il en résulte que la vapeur de Gτ continue à être produite dans l'évaporateur, à s'expanser dans CT (transformation 5 -> 1), ce qui refoule toujours le liquide de transfert aspiré par la pompe dans le cylindre CT' cette fois connecté au condenseur. Les vapeurs de Gτ contenues dans CT' se désurchauffent (en partie dans CT') et se condensent totalement dans le condenseur (transformation 2VS — > 3) où elles ne s'accumulent pas car elles sont évacuées par gravité vers ABCD. Parallèlement, une partie du liquide de transfert Lτ en sortie de la pompe est refoulée vers ABCD pour y rétablir le niveau haut de Lj-At the moment t y , that is to say when the level of L τ has reached the predefined values (B in ABCD, J in CT and I in CT '), we leave EVi, EV b and EV h - open and simultaneously open solenoid valves EV 2 -, EV 3 and EVj. As a result, the vapor of G τ continues to be produced in the evaporator, to expand in CT (transformation 5 → 1), which still forces the transfer liquid sucked by the pump into the cylinder CT 'this connected to the condenser. The vapors of G τ contained in CT 'desuperheat (partly in CT') and condense completely in the condenser (transformation 2 VS -> 3) where they do not accumulate because they are evacuated by gravity to ABCD. Meanwhile, a portion of the transfer liquid L τ at the output of the pump is forced to ABCD to reestablish the high LJ
D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβ, de la chaleur Q51 est pompée au niveau de l'évaporateur à Tb, de la chaleur Q23 est relâchée au niveau du condenseur à Th (avec Th > Tb) ce qui nécessite un travail Wγδ fourni par l'extérieur. Ce travail est à puissance quasi constante puisque les pressions en amont et aval de la pompe sont également pratiquement constantes (avec des échangeurs de chaleur non limitants au niveau du condenseur et de l'évaporateur). À l'instant t§ on se trouve à la moitié du cycle. L'autre moitié est symétrique : l'évaporateur, le condenseur et l'enceinte ABCD sont le siège des mêmes transformations successives, tandis que les rôles des enceintes CT et CT' sont intervertis.From an energy point of view, during this phase αβ, heat Q 51 is pumped at the evaporator at T b , heat Q 23 is released at the condenser at T h (with T h > T b ) which requires a work W γδ provided by the outside. This work is almost constant power since the pressures upstream and downstream of the pump are also virtually constant (with non-limiting heat exchangers at the condenser and the evaporator). At the moment we are halfway through the cycle. The other half is symmetrical: the evaporator, the condenser and the enclosure ABCD are the seat of the same successive transformations, while the roles of the speakers CT and CT 'are inverted.
Phase δελ (entre les instants U et U) et phase λα (entre les instants t^ et t»)Phase δελ (between instants U and U) and phase λα (between instants t ^ and t ")
Elles sont équivalentes respectivement à la phase αβγ et à la phase γδ, mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.They are equivalent respectively to the αβγ phase and to the γδ phase, but with inversion of the CT and CT 'transfer chambers.
Plus particulièrement : à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant ty, on ouvre les circuits de Lτ permettant le transfert de Lτ (par EV1.) d'une part depuis l'enceinte ABCD vers l'amont de la pompe hydraulique PH, et d'autre part depuis CT' vers CT en passant par la pompe hydraulique PH (par EVb- etMore particularly: at the instant t δ , all the open circuits are closed at the instant t y , the circuits of L τ are opened allowing the transfer of L τ (by EV 1. ) On the one hand from the enclosure ABCD upstream of the hydraulic pump PH, and secondly from CT 'to CT through the hydraulic pump PH (by EV b - and
EVj1), de sorte que :EVj 1 ), so that:
* Gτ à l'état d'équilibre liquide/vapeur dans ABCD et dans CT' se détend de la pression haute Ph à la pression basse Pb et refoule Lj à travers PH dans CT; * les vapeurs de Gτ contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement. à l'instant tg, on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT' (par EVr) d'une part, entre ABCD et Evap (par EV4) d'autre part, de sorte que :* G τ at the liquid / vapor equilibrium state in ABCD and in CT 'relaxes from the high pressure P h to the low pressure P b and discharges Lj through PH into CT; the vapors of G τ contained in CT are compressed adiabatically. at the moment tg, we open the circuit of G τ between Evap and CT '(by EV r ) on the one hand, between ABCD and Evap (by EV 4 ) on the other hand, so that:
* Lτ est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;* L τ is sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT;
* les niveaux de Lτ dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de haut à bas, bas à un niveau intermédiaire I, et haut à un niveau intermédiaire* the levels of L τ in ABCD, CT and CT 'go respectively from high to low, low to intermediate level I, and high to intermediate level
J ;J;
* du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT' augmente, Gτ s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT' ; * les vapeurs de Gx contenues dans CT continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;* because the volume occupied by the vapor of G τ in CT 'increases, G τ evaporates in Evap and the saturated vapor of G τ leaving Evap at the low pressure P b enters CT'; the Gx vapors contained in CT continue to be compressed adiabatically to the high pressure P h ;
* Gτ à l'état de liquide saturé à la pression basse Pb s'écoule par gravité de ABCD vers Evap ; - à l'instant tλ, on ferme le circuit de Gτ entre ABCD et Evap (par EV4) , on ferme le circuit de Lτ entre ABCD et l'amont de la pompe PH (par EVr) , on ouvre le circuit de Gj entre CT et Cond (par EV2) d'une part, entre Cond et ABCD (par EV3) d'autre part, et on ouvre le circuit de Lj entre l'aval de la pompe PH et ABCD par (EVj), de sorte que : * Lj est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans* G τ in the state of liquid saturated at low pressure P b flows by gravity from ABCD to Evap; at time t λ , the circuit of G τ between ABCD and Evap (by EV 4 ) is closed, the circuit of L τ between ABCD and the upstream of the pump PH is closed (by EV r ), one opens the circuit of Gj between CT and Cond (by EV 2 ) on the one hand, between Cond and ABCD (by EV 3 ) on the other hand, and the circuit of Lj is opened between the downstream of the pump PH and ABCD by (EVj), so that: * Lj is still sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in
CT;CT;
* les niveaux de Lτ dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de bas à haut, du niveau intermédiaire I à haut, et du niveau intermédiaire J à bas; * du fait que le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' continue à augmenter, GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT';the levels of L τ in ABCD, CT and CT 'respectively go from low to high, from intermediate level I to high, and from intermediate level J to low; * As the volume occupied by the GT vapors in CT 'continues to increase, GT evaporates in Evap and the saturated vapor of G T leaving Evap at the low pressure P b enters CT';
* les vapeurs de GT contenues dans CT, à haute pression P1,, sont refoulées par LT et se condensent dans Cond; * Gτ à l'état de liquide saturé s'écoule par gravité de Cond vers ABCD.the GT vapors contained in CT, at high pressure P 1 , are discharged by LT and condense in Cond; * G τ in the saturated liquid state flows by gravity from Cond to ABCD.
Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent.After several cycles, the system operates at steady state.
Pour la production de froid, à l'état initial, Gτ esl maintenu dans le condenseur Cond à haute température par échange de chaleur avec le puits chaud à Tj1, et dans l'évaporateur Evap à une température inférieure ou égale à Th par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température Th. En régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud à haute température Th, et de la chaleur est consommée en continu par l'évaporateur Evap, avec production de froid vers le milieu extérieur en contact avec ledit évaporateur Evap, la température Tb dudit milieu extérieur étant inférieure strictement à Th.For the production of cold, in the initial state, G τ is maintained in the condenser Cond at high temperature by heat exchange with the hot well at Tj 1 , and in the evaporator Evap at a temperature less than or equal to T h by heat exchange with a medium external to the machine, said medium initially having a temperature T h . In steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, Cond condenser continuously discharges heat to the hot well at high temperature T h , and heat is continuously consumed by Evap Evaporator, with production of cold to the external environment in contact with said evaporator Evap, the temperature T b of said external medium being strictly lower than T h .
Pour la production de chaleur, à l'état initial, Gτ est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, Gτ est maintenu dans le condenseur Cond à une température Th > Tb par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température > Th. En régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, la source froide à Tb apporte de la chaleur en continu à l'évaporateur Evap, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud, l'installation produisant de la chaleur vers le milieu extérieur en contact avec ledit condenseur Cond, le milieu extérieur ayant une température Th > Tb.For the production of heat, in the initial state, G τ is maintained in the evaporator Evap at low temperature by heat exchange with the cold source at T b , G τ is maintained in the condenser Cond at a temperature T h > T b by heat exchange with a medium external to the machine, said medium initially having a temperature> T h . In steady state, a net job is consumed by the hydraulic pump PH, the cold source at T b brings heat continuously to the evaporator Evap, the Cond condenser continuously discharges heat to the hot well, the installation producing heat to the outside environment in contact with said condenser Cond, the external medium having a temperature T h > T b .
À l'issue de la phase λα, la machine de Carnot modifiée réceptrice du 2ème type se retrouve à l'état α du cycle. Les diverses transformations thermodynamiques suivies par le fluide Gj, et les niveaux du liquide de transfert Lj sont résumés dans le tableau 7. L'état des électrovannes est résumé dans le tableau 8, dans lequel "x" signifie que la vanne correspondante est ouverte.At the end of the λα phase, the modified receiving Carnot machine of the 2nd type is found in the α state of the cycle. The various thermodynamic transformations followed by the fluid Gj, and the levels of the transfer liquid Lj are summarized in Table 7. The state of the solenoid valves is summarized in Table 8, in which "x" means that the corresponding valve is open.
Tableau 7Table 7
Étape Transformation Lieu Niveau de Lτ Stage Transformation Location Level of L τ
CT CT1 ABCD αβγ 3 →4 ABCD H →J B→l H →BCT CT 1 ABCD αβγ 3 → 4 ABCD H → JB → 1H → B
4 →5 Evap + CT4 → 5 Evap + CT
1 → 2VS CT1 γδ 5 → 1 Evap + CT J →B I→H B →H1 → 2 VS CT 1 γδ 5 → 1 Evap + CT J → BI → HB → H
2». ,→3 CT ' + Cond + ABCD δελ 3 →4 ABCD B →l H→ J H →B2 ". , → 3 CT '+ Cond + ABCD δελ 3 → 4 ABCD B → 1H → J H → B
4 →5 Evap + CT '4 → 5 Evap + CT '
1 - →2VS CT λα 5 → 1 Evap + CT ' I- →H J→B B →H1 - → 2 VS CT λα 5 → 1 Evap + CT 'I- → HJ → BB → H
2VS →3 CT + Cond + ABCD2 VS → 3 CT + Cond + ABCD
Tableau 8Table 8
La consommation de travail est continue pendant la durée du cycle (hormis entre les instants tα et tp d'une part, tδ et tg d'autre part), mais pas toujours à puissance constante dans la mesure où la différence de pression aux bornes de la pompe hydraulique peut varier. Bien entendu, la puissance moyenne sur un cycle reste constante d'un cycle à l'autre, lorsqu'un régime permanent de fonctionnement est atteint et si les températures Th et Tb restent constantes. Par ailleurs, le condenseur est isolé du reste du circuit pendant les phases αβγ et δελ alors que l'évacuation de chaleur au niveau du puits chaud à Th est a priori continue. Dans ces conditions il y aura durant ces phases d'isolement une chute en température et donc en pression dans le condenseur puis une brusque remontée aux instants I7 et tλ de réouverture des vannes EV2 ou EV2-. Le liquide de transfert Lτ étant incompressible, les variations de niveau qui interviennent simultanément dans les trois enceintes ABCD, CT et CT' ne sont pas indépendantes. Par ailleurs ces variations de niveau de Lx résultent ou impliquent des variations concomitantes de volume du fluide GT. Cela se traduit par l'équation suivante entre les volumes massiques de Gx à différents stades du cycle représenté sur la Figure 8 :The work consumption is continuous during the cycle time (except between the instants t α and tp on the one hand, t δ and tg on the other hand), but not always at Constant power since the pressure difference across the hydraulic pump may vary. Of course, the average power over one cycle remains constant from one cycle to another, when a steady state of operation is reached and if the temperatures T h and T b remain constant. Moreover, the condenser is isolated from the rest of the circuit during the αβγ and δελ phases while the heat removal at the hot well at T h is a priori continuous. Under these conditions there will be during these phases of isolation a drop in temperature and therefore pressure in the condenser then a sudden rise to the instants I 7 and t λ reopening valve EV 2 or EV 2 -. The transfer liquid L τ being incompressible, the level variations which occur simultaneously in the three speakers ABCD, CT and CT 'are not independent. Moreover, these variations of Lx level result or involve concomitant variations in the volume of the fluid G T. This results in the following equation between the mass volumes of Gx at different stages of the cycle shown in Figure 8:
V5 - V3 = V1 - V2Vs (eq. 2)V 5 - V 3 = V 1 - V 2Vs (eq 2)
Vj étant le volume massique de Gτ à l'état thermodynamique du point "i", "i" étant respectivement les points 5, 3, 1 et 2VS. Des exemples de courbe à volume massique constant sont représentés en trait mixte dans la figure 8. À la différence du cycle de Carnot modifié moteur de 2ème type, il n'existe pas ici de limite à l'écart en température entre la source froide à Tb et le puits chaud à Th. Comme le volume massique au point "3" est toujours le plus faible du cycle, on a toujours, quelque soit Th et Tb, la double inégalité suivante :Vj being the mass volume of G τ in the thermodynamic state of the point "i", "i" being respectively the points 5, 3, 1 and 2 VS. Examples of constant specific volume curve are shown in phantom in Figure 8. Unlike the Carnot cycle modified 2nd type engine, there is no limit here to the difference in temperature between the cold source at T b and the hot well at T h . As the mass volume at point "3" is always the weakest of the cycle, we always have, whatever T h and T b , the following double inequality:
V4 < V5 < Vi (inéq. 2) Dans une machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type, le dispositif de pressurisation/détente est intercalé en série entre le condenseur Cond et l'évapora- teur Evap, il comprend un simple dispositif de détente comme par exemple une vanne de détente VD, ou un capillaire et éventuellement en série une électro vanne EV3. Un tel dispositif est représenté sur la figure 9, sur laquelle les légendes ont la même signification que les autres figures, et l'association VD et EV3 constitue le dispositif de détente. Le fluide de travail Gx à l'état de liquide saturé en sortie du condenseur Cond est directement détendu et introduit dans l'évaporateur Evap. Un exemple d'un tel cycle de Carnot modifié récepteur de 1er type est représenté schématiquement par le cycle l-2vs-2g-3-4-5-l dans le diagramme de Mollier de la figure 10. Les différentes étapes du cycle et l'état des électrovannes sont détaillés ci- dessous et résumés dans les tableaux 9 et 10. L'électro vanne EV3 n'est pas indispensable puisque lorsque la machine est en fonctionnement elle est toujours ouverte. Son seul intérêt est de pouvoir isoler le condenseur de l'évaporateur à l'arrêt de la machine.V 4 <V 5 <V (Ineq. 2) In a modified receiving Carnot machine of the 1st type, the pressurizing / expansion device is interposed in series between the condenser and the evaporation Cond tor Evap, it comprises a single expansion device such as for example an expansion valve VD, or a capillary and possibly in series an electro valve EV 3 . Such a device is shown in FIG. 9, in which the legends have the same meaning as the other figures, and the combination VD and EV 3 constitutes the expansion device. The working fluid G x in the saturated liquid state at the outlet of the condenser Cond is directly expanded and introduced into the evaporator Evap. An example of such a Carnot cycle modified 1 receptor type is shown schematically by the cycle-2 vs -2 g -3-4-5-l in the Mollier diagram of FIG 10. The various stages of the cycle and the state of the solenoid valves are detailed below and summarized in Tables 9 and 10. The EV 3 electro valve is not essential since when the machine is in operation it is always open. Its only interest is to be able to isolate the condenser of the evaporator at the stop of the machine.
Tableau 9Table 9
rableav 1 10 rableav 1 10
Électrovannes ouvertesOpen solenoid valves
Étape EV1 EV1. EV2 EV2^ EV3 EVb EVh FVb. EVh. αβ X X X XStep EV 1 EV 1 . EV 2 EV 2 ^ 3 EV EV EV b h b FV. EV h . αβ XXXX
Pr X X X X X γδ X X X X δα X X X X XPr X X X X X γδ X X X X δα X X X X X
Les étapes du cycle de Carnot modifié récepteur du 1er type sont détaillées ci- dessous dans la mesure où elles diffèrent de celles décrites ci-dessus pour le cycle de Carnot modifié récepteur du 2ème type.The steps of the Carnot cycle modified receptor 1 type are detailed below to the extent that they differ from those described above for the Carnot cycle modified receptor 2nd type.
A partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail Gj et du liquide de transfert LT sont obturés, l'instant t0, on actionne la pompe hydraulique PH et ouvre le circuit de Gτ entre Cond et Evap (parFrom an initial state in which all the communication circuits of the working fluid Gj and the transfer liquid L T are closed, the moment t 0 , the hydraulic pump PH is actuated and the circuit of G τ is opened between Cond and Evap (by
EV3), et l'on soumet Gτ à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes : Phase αβ (entre les instants t» et tβ) :EV 3 ), and G τ is subjected to a succession of modified Carnot cycles, each of which comprises the following steps: Phase αβ (between instants t "and t β ):
À l'instant précédant immédiatement tα , le niveau de Lτ est haut (noté H) dans le cylindre CT, et bas (noté B) dans le cylindre CT'. Au même instant, la pression de vapeur saturante de Gτ a une valeur haute Ph dans Cond et CT, et une valeur basse Pb dans Evap et CT1. C'est cet instant du cycle qui est représenté schématiquement à la figure 9.At the moment immediately preceding t α , the level of L τ is high (denoted H) in the cylinder CT, and low (noted B) in the cylinder CT '. At the same time, the saturation vapor pressure of G τ has a high value P h in Cond and CT, and a low value P b in Evap and CT 1 . It is this moment of the cycle which is schematically represented in FIG.
À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EVi, EV3 ; EVb et EVh' a pour conséquences:At time t α , the opening of solenoid valves EVi, EV 3; EV b and EV h ' has the following consequences:
La vapeur saturée de Gτ sortant de l'évaporateur à Pb, pénètre dans CT et refoule le liquide de transfert Lτ à un niveau intermédiaire (noté J). Lx est aspiré par la pompe PH qui le pressurise ce qui consomme du travail. Après avoir été pressurisé par PH, le liquide de transfert Lx est refoulé dans CT'. Dans CT', Lx passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I) et comprime de façon isentropique les vapeurs de Gx contenues dans cette enceinte. suite à l'ouverture de EV3, le fluide de travail Gx à l'état de liquide saturé et à haute pression Ph est détendu par la vanne VD puis introduit à l'état de mélange biphasique dans l'évaporateur Evap, ce qui compense en masse la sortie de Gx gazeux vers CT. Sur le diagramme de Mollier (figure 10), cette étape correspond aux transformations simultanées suivantes: la transformation 3 — > 4 entre Cond et Evap; la transformation 4 — > 5 dans l'ensemble Evap-CT; la transformation 1 — > 2VS dans CT'. Comme précédemment, le fluide de travail Gx retenu est supposé aboutir à l'issue de cette transformation isentropique dans le domaine de vapeur surchauffée.The saturated vapor G τ leaving the evaporator P b , enters CT and forces the transfer liquid L τ to an intermediate level (denoted J). L x is sucked by the pump PH which pressurizes it which consumes work. After being pressurized by PH, the transfer liquid L x is discharged into CT '. In CT ', L x passes from the low level to the intermediate level (noted I) and isentropically compresses the vapor of G x contained in this chamber. following the opening of EV 3 , the working fluid G x in the saturated liquid state at high pressure P h is expanded by the valve V D and then introduced in the biphasic mixture state in the evaporator Evap, which compensates in mass the exit of G x gaseous towards CT. On the Mollier diagram (Figure 10), this step corresponds to the following simultaneous transformations: the 3 -> 4 transformation between Cond and Evap; the 4 -> 5 transformation in the Evap-CT set; transformation 1 -> 2 VS in CT '. As previously, the working fluid G x retained is supposed to lead to the outcome of this isentropic transformation in the superheated steam range.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase αβ, de la chaleur Q45 a été pompée au niveau de l'évaporateur à Tb et un travail Wαp a également été consommé par la pompe PH. Ce travail a été fourni par l'extérieur à puissance croissante puisque la pression en amont de la pompe reste quasi constante (=Pb) tandis que la pression en aval augmente de jusqu'à Ph.From an energy point of view, during this phase αβ, heat Q 45 was pumped at the evaporator at T b and a work W α pa was also consumed by the pump PH. This work has been provided by the outside with increasing power since the pressure upstream of the pump remains almost constant (= P b ) while the downstream pressure increases up to P h .
Phase βγ (entre les instants t^ et tγ) :Phase βγ (between instants t ^ and tγ):
À l'instant tp, c'est-à-dire lorsque le niveau de Lx a atteint les valeurs prédéfinies (J dans CT et I dans CT'), on laisse EV1, EV3, EVb et EVh- ouvertes et on ouvre l'électrovanne EV2-. Il en résulte que la vapeur de Gx continue à être produite dans l'évaporateur, à s'expanser dans CT (transformation 5— >l), ce qui refoule toujours le liquide de transfert aspiré par la pompe dans le cylindre CT' cette fois connecté au condenseur. Les vapeurs de Gτ contenues dans CT' se désurchauffent (soit la transformation 2VS — »2g en partie dans CT') et se condensent totalement dans le condenseur (transformation 2vs→2g→3). Le fluide G7 à l'état de liquide saturé est détendu par VD et introduit dans l'évaporateur.At the moment t p , that is to say when the level of L x has reached the predefined values (J in CT and I in CT '), we leave EV 1 , EV 3 , EV b and EV h - open and open the solenoid valve EV 2 -. As a result, the G x vapor continues to be produced in the evaporator, to expand in CT (transformation 5-> 1), which always forces the transfer liquid sucked by the pump into the cylinder CT 'this time connected to the condenser. The G τ vapors contained in CT 'desuperhuffle (ie the transformation 2 VS -> 2 g partly in CT') and condense completely in the condenser (transformation 2 vs → 2 g → 3). The fluid G 7 in the saturated liquid state is expanded by V D and introduced into the evaporator.
D'un point de vu énergétique, durant cette phase βγ, de la chaleur Q51 est pompée au niveau de l'évaporateur à Tb, de la chaleur Q23 est relâchée au niveau du condenseur à Th (avec Th > Tb) ce qui nécessite un travail Wγδ fourni par l'extérieur. Ce travail est à puissance quasi constante puisque les pressions en amont et aval de la pompe sont également pratiquement constantes (avec des échangeurs de chaleur non limitants au niveau du condenseur et de l'évaporateur).From an energy point of view, during this βγ phase, heat Q 51 is pumped at the evaporator at T b , heat Q 23 is released at the condenser at T h (with T h > T b ) which requires a work W γδ provided by the outside. This work is almost constant power since the pressures upstream and downstream of the pump are also virtually constant (with non-limiting heat exchangers at the condenser and the evaporator).
À l'instant tγ on se trouve à la moitié du cycle. L'autre moitié est symétrique : l'évaporateur, le condenseur sont le siège des mêmes transformations successives, tandis que les rôles des enceintes CT et CT' sont intervertis.At the moment t γ one is at the half of the cycle. The other half is symmetrical: the evaporator, the condenser are the seat of the same successive transformations, while the roles of the CT and CT 'speakers are reversed.
Phase γδ (entre les instants tγ et tg) et phase δα (entre les instants ts et tα) :Phase γδ (between instants t γ and tg) and phase δα (between instants ts and t α ):
Elles sont équivalentes respectivement à la phase αβ et à la phase βγ, mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.They are equivalent respectively to the αβ phase and the βγ phase, but with inversion of the CT and CT 'transfer chambers.
Plus particulièrement : - à l'instant I7, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tp, excepté le circuit de Gτ entre Cond et Evap, on ouvre (par EVb. et EVh) Ic circuit de Lτ permettant le transfert de Lτ depuis CT1 vers CT en passant par la pompe hydraulique PH, et on ouvre (par EVi ) le circuit de Gj entre Evap et CT1, de sorte que : * Lτ est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;Specifically: - at the moment I 7, we close all circuits open at time tp, except the G τ circuit between Cond and Evap is opened (b EV and EV h.) Circuit Ic L τ allowing the transfer of L τ from CT 1 to CT via the hydraulic pump PH, and opening (by EVi) the circuit of Gj between Evap and CT 1 , so that: * L τ is sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT;
* le niveau de Lj dans CT passe de bas à un niveau intermédiaire I, et dans CT1 de haut à un niveau intermédiaire J ;* the level of Lj in CT goes from low to intermediate level I, and in CT 1 from high to intermediate level J;
* le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT' augmentant, le fluide de travail Gj s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gx sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT1 ;* The volume occupied by the vapors in G τ CT 'increases, the Gj working fluid evaporates in Evap and the saturated vapor leaving Evap Gx of the low pressure P b enters CT 1;
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;* G τ vapor contained in CT are compressed adiabatically to the high pressure P h ;
* GT à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi dans Cond et à la pression haute Ph se détend de façon isenthalpique et est introduit à l'état de mélange biphasique liquide/vapeur et à la pression basse Pb dans l'évaporateur Evap ; à l'instant tδ, on ouvre le circuit de Gτ entre CT et Cond (par EV2) , de sorte que : * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans* G T in the state of saturated liquid or sub-cooled in Cond and at the high pressure P h relaxes isenthalpically and is introduced in the state of two-phase liquid / vapor mixture and low pressure Pb in Evap evaporator; at the moment t δ , the circuit of G τ is opened between CT and Cond (by EV 2 ), so that: * L T is still sucked by the pump PH which pressurizes it and represses it in
CT ;CT;
* le niveau de Lτ dans CT passe du niveau intermédiaire I à haut, et dans CT' du niveau intermédiaire J à bas ;the level of L τ in CT goes from intermediate level I to high, and in CT 'from intermediate level J to low;
* du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gj dans CT' continue à augmenter, GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gx sortant de* because the volume occupied by the vapors of Gj in CT 'continues to increase, G T evaporates in Evap and the saturated vapor of Gx coming out of
Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT' ;Evap at low pressure P b enters CT ';
* les vapeurs de Gj contenues dans CT, à haute pression Pj1, sont refoulées par Lτ et se condensent dans Cond ;* Gj vapor contained in CT, at high pressure Pj 1 , are discharged by L τ and condense in Cond;
Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent. Pour la production de froid : à l'état initial, Gτ est maintenu dans le condenseur Cond à haute température par échange de chaleur avec le puits chaud à Th, et dans l'évaporateur Evap à une température inférieure ou égale à Th par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température inférieure ou égale à Th ; et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud à haute température Th, et de la chaleur est consommée en continu par l'évaporateur Evap, c'est-à-dire qu'il y a une production de froid vers le milieu extérieur en contact avec ledit évaporateur Evap, la température Tb dudit milieu extérieur étant inférieure strictement à Th- Pour la production de chaleur : à l'état initial, Gτ est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, dans le condenseur Cond à une température supérieure ou égale à Th par échange de chaleur avec un milieu externe à l'installation à une température supérieure ou égale à Th ; et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, la source froide à Tb apporte de la chaleur en continu à Evap, et Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud, c'est-à-dire qu'il y a une production de chaleur vers le milieu extérieur en contact avec Cond, la température Th dudit milieu extérieur étant supérieure strictement à Tb.After several cycles, the system operates at steady state. For the production of cold: in the initial state, G τ is maintained in the condenser Cond at high temperature by heat exchange with the hot well at T h , and in the evaporator Evap at a temperature less than or equal to T h by heat exchange with an external medium to the machine, said medium initially having a temperature less than or equal to T h ; and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the condenser Cond continuously discharges heat to the hot well at high temperature T h , and heat is consumed continuously by Evap Evaporator, c that is to say that there is a production of cold towards the external environment in contact with said evaporator Evap, the temperature T b of said external medium being strictly lower than T h - For the production of heat: in the state initial, G τ is maintained in the evap evaporator at low temperature by heat exchange with the cold source at T b , in the condenser Cond at a temperature greater than or equal to T h by heat exchange with a medium external to the installation at a temperature greater than or equal to T h ; and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the cold source at T b brings heat continuously to Evap, and Cond continuously discharges heat to the hot well, that is to say to say that there is a production of heat towards the external environment in contact with Cond, the temperature T h of said external medium being strictly greater than T b .
Dans cette configuration (dite réceptrice de 1er type), l'équation (2) et l'inéquation (2) liant les volumes massiques de Gτ dans les différentes étapes du cycle sont toujours valables. La machine de Camot modifiée réceptrice de 1er type est plus simple dans son fonctionnement et comprend moins d'éléments constitutifs. Toutefois, comme pour un cycle classique à compression mécanique de vapeur, les transformationsIn this configuration (called receptor of 1 type), equation (2) and inequality (2) linking the specific volumes of G τ in the various stages of the cycle are still valid. Receiving modified Carnot machine of 1st type is simpler in its functioning and comprises fewer components. However, as for a conventional cycle with mechanical steam compression, the transformations
3-»4 et 2VS— »2g génèrent quelques irréversibilités, ce qui a un effet défavorable sur les coefficients de performance ou d'amplification du cycle. Néanmoins comme cette dégradation est modérée, cette configuration de 1er type est préférée pour la machine de Carnot modifiée réceptrice. En effet bien que cette machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type se rapproche des machines classiques à compression mécanique de vapeur, elle garde encore deux avantages décisifs: - l'étape de compression adiabatique (1-»2VS) a un rendement de compression isentropique supérieur, elle est moins bruyante et plus fiable ; la même machine, moyennant des adaptations légères pourra fonctionner en mode moteur ce qui n'est pas possible avec les machines de l'art antérieur.3- »4 and 2 VS -» 2 g generate some irreversibilities, which has an adverse effect on the coefficients of performance or amplification of the cycle. Nevertheless as this degradation is moderate, this configuration 1st type is preferred for the modified receiving Carnot machine. Indeed although this Carnot machine receiving Amended 1st type approximates conventional machines mechanical vapor compression, it still retains two important advantages: - the adiabatic compression step (1- "2 VS) yield superior isentropic compression, it is less noisy and more reliable; the same machine, with slight adaptations can operate in motor mode which is not possible with the machines of the prior art.
Le choix de l'un ou l'autre type de machine réceptrice sera effectué en fonction des moyens dont on dispose, notamment de la température de la source et du puits de chaleur, et du fluide de travail Gj, et du résultat visé.The choice of one or the other type of receiving machine will be made according to the means available, including the temperature of the source and the heat sink, and the working fluid Gj, and the target result.
Une même machine de Carnot modifiée peut assurer alternativement, selon le choix de l'utilisateur, soit la fonction de moteur, soit la fonction de récepteur. Dans ce cas, ladite machine de Carnot modifiée sera qualifiée "polyvalente". Cette possibilité implique que la machine possède les éléments constitutifs nécessaires pour satisfaire chacun des deux modes de fonctionnement (moteur ou récepteur) comme décrit précédemment et des éléments supplémentaires permettant de commuter d'un mode sur l'autre, les deux modes ne pouvant fonctionner simultanément. De nombreux éléments constitutifs nécessaires à chaque mode peuvent être identiques; il s'agit des éléments Cond, Evap, CT, CT', la plupart des vannes commandées et certaines parties des circuits de Gτ et Lτ. Il est donc inutile de dupliquer ces éléments dans la machine de Carnot modifiée polyvalente. D'autres éléments sont spécifiques d'un mode. Par exemple le dispositif DPD associant l'enceinte ABCD et les électrovannes EV3 et EV4, tel que décrit dans la figure 2, permet le fonctionnement en mode moteur de 2eme type mais pas le fonctionnement en mode récepteur de 2ème type , tel que décrit dans la figure 7. La réciproque n'est pas vraie: le dispositif DPD associant l'enceinte ABCD et les électrovannes EV3 et EV4, tel que décrit dans la figure 7, permet le fonctionnement en mode récepteur de 2ème type ou moteur de 2eme type. Un deuxième exemple d'incompatibilité d'usage dans les deux modes concerne encore les dispositifs DPD mais pour les machines de Carnot modifiées de 1er type: la pompe hydraulique auxiliaire PHA1 (figure 5) ne peut pas assurer la fonction de détente du fluide de travail comme la vanne de détente VD ou le capillaire C (figure 9) et vice-versa. De la même façon le convertisseur hydraulique est soit une pompe soit un moteur. Il existe toutefois des convertisseurs qui peuvent assurer les deux fonctions selon le sens de circulation du fluide.A same modified Carnot machine can alternately provide, depending on the user's choice, either the motor function or the receiver function. In this case, said modified Carnot machine will be qualified as "versatile". This possibility implies that the machine has the constituent elements necessary to satisfy each of the two operating modes (motor or receiver) as described above and additional elements making it possible to switch from one mode to another, the two modes being unable to operate simultaneously. . Many constituent elements necessary for each mode can be identical; these are elements Cond, Evap, CT, CT ', most of the controlled valves and some parts of the circuits of G τ and L τ . It is therefore unnecessary to duplicate these elements in the versatile modified Carnot machine. Other elements are specific to a mode. For example, the DPD device associating ABCD chamber and the solenoid valves EV EV 3 and 4, as described in Figure 2, allows the operation of 2nd type motor mode but not the operation in receiving mode of the 2nd type, such as described in Figure 7. the reciprocal is not true: the DPD device associating ABCD chamber and the solenoid valves EV EV 3 and 4, as described in Figure 7, allows the operation in receiving mode of 2nd type or engine of 2 nd type. A second example use of mismatch in the two modes further relates to the DPD devices but for Carnot machines modified to Type 1: the auxiliary hydraulic pump 1 PHA (Figure 5) can not ensure the function of expansion of the working fluid as the expansion valve VD or the capillary C (Figure 9) and vice versa. In the same way the hydraulic converter is either a pump or a motor. However, there are converters that can perform both functions in the direction of fluid flow.
La figure 11 représente schématiquement une machine de Carnot modifiée polyvalente pouvant assurer au choix de l'utilisateur soit la fonction de machine de Carnot modifiée motrice de 1er type, soit la fonction de machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type. Les trois autres combinaisons des deux types sont également possibles : motrice et réceptrice de 2eme type, motrice de 1er type et réceptrice de 2eme type, motrice de 2eme type et réceptrice de 1er type. La sélection du mode de fonctionnement (moteur ou récepteur) ne nécessite pas de moyens sophistiqués. Par exemple, dans la figure 11, les électrovannes EV3M et EV3R sont ouverte et fermée (respectivement fermée et ouverte) si le mode moteur est sélectionné (respec- tivement le mode récepteur). Ces deux électrovannes EV3M et EV3R peuvent être remplacées par une vanne trois voies. Enfin, toujours sur cet exemple de la figure 11, la pompe hydraulique et le moteur hydraulique sont considérés comme deux convertisseurs hydrauliques distincts; selon le mode sélectionné de fonctionnement, moteur ou récepteur, l'un ou l'autre des convertisseurs est actif en fonction de l'ouverture de l'électrovanne trois voies EVRM, la dite EVRM pouvant être remplacée par deux électrovannes deux voies ou tout autre actionneur sur le circuit du liquide de transfert.Figure 11 schematically represents a multipurpose modified Carnot machine that can provide the choice of the user to be the function of Carnot machine motor Amended 1 type or the Carnot machine function receiving Amended 1st type. The three other combinations of the two types are also possible: driving and driven of 2nd type, driving of 1st type and receiving of 2nd type, driving of 2nd type and receiving of 1st type. Selecting the operating mode (motor or receiver) does not require sophisticated means. For example, in Figure 11, the solenoid valves EV 3M t e 3R EV are opened and closed (closed and opened respectively) if the engine mode is selected (the receive mode, respectively). These two solenoid valves EV 3M and EV 3R can be replaced by a three-way valve. Finally, again in this example of Figure 11, the hydraulic pump and the hydraulic motor are considered as two separate hydraulic converters; depending on the selected mode of operation, motor or receiver, one or the other of the converters is active according to the opening of the three-way solenoid valve EV RM , the said EV RM can be replaced by two solenoid valves two ways or any other actuator on the transfer liquid circuit.
Dans un mode de réalisation particulier, une machine de Carnot modifiée peut être couplée avec un dispositif complémentaire, par un couplage thermique ou par un couplage mécanique.In a particular embodiment, a modified Carnot machine can be coupled with a complementary device, by a thermal coupling or by a mechanical coupling.
Une machine de Carnot modifiée motrice ou réceptrice selon l'invention peut être couplée thermiquement au niveau de son condenseur et/ou de son évaporateur à un dispositif complémentaire. Le couplage thermique peut être effectué par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur ou d'un caloduc, ou par contact direct ou par rayonnement.A modified driving or receiving Carnot machine according to the invention may be thermally coupled at its condenser and / or evaporator to a complementary device. The thermal coupling can be carried out by means of a heat transfer fluid or a heat pipe, or by direct contact or by radiation.
Le dispositif complémentaire peut être une machine thermodynamique motrice ou réceptrice. Les deux cas les plus intéressants concernent le couplage d'une machine de Carnot modifiée motrice et d'une machine thermodynamique motrice ou le couplage d'une machine de Carnot modifiée réceptrice et d'une machine thermo- dynamique réceptrice. Dans les deux cas la machine thermodynamique (motrice ou réceptrice) reçoit de la chaleur du condenseur de la machine de Carnot modifiée (respectivement motrice ou réceptrice) ou donne de la chaleur à l'évaporateur de la machine de Carnot modifiée (respectivement motrice ou réceptrice). Lesdites machines thermodynamiques motrice ou réceptrice peuvent être une 2eme machine de Carnot modifiée motrice (du 1er type ou du 2eme type) ou réceptrice différente de la première (du 1er type ou du 2eme type).The complementary device may be a driving or receiving thermodynamic machine. The two most interesting cases concern the coupling of a motor modified Carnot machine and a driving thermodynamic machine or the coupling of a receiving modified Carnot machine and a receiving thermodynamic machine. In both cases the thermodynamic machine (motor or receiver) receives heat from the condenser of the modified Carnot machine (respectively driving or receiving) or gives heat to the evaporator of the modified Carnot machine (respectively driving or receiving). Said driving or receiving thermodynamic machines can be a 2 nd modified Carnot machine motor (1 type or 2nd type) or receptor different from the first (1 type or 2nd type).
Un mode de réalisation d'un couplage thermique entre deux machines de Carnot modifiées motrices est illustré schématiquement sur les figures 12a et 12b. La figure 12a représente les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail entre les machines ou avec l'environnement. Une première machine dite haute température (HT) fonctionne entre une source de chaleur à la température Th et un puits de chaleur à la température intermédiaire Tmi, et elle contient un fluide de travail GTj. Une seconde machine, dite basse température (BT) fonctionne entre une source de chaleur à Tm2 et un puits de chaleur à la température Tb, et elle contient un fluide de travail GT2. Les températures sont telles que Th>Tml>Tm2>Tb>Tambiante- Si les transferts de chaleur au niveau du condenseur de la machine HT et de l'évaporateur de la machine BT sont infiniment efficaces (en raison d'une surface d'échange et/ou de coefficients d'échange infinis) les température Trai et Tm2 sont pratiquement égales. Dans tous les cas, dans cette association dite "en cascade thermique", la quantité de chaleur Qh est fournie à la machine HT à la température Th pour l'évaporation du fluide GTi, la quantité de chaleur Qml libérée par la condensation de GTi dans le condenseur de la machine HT à la température Tmi est transférée entièrement (Qml = Qπώ) ou partiellement (Qn, i > Qm2) à l'évaporateur de la machine BT pour l'évaporation du fluide Gτ2 à la température Tm2 et la chaleur Qb produite à la température Tb par la condensation du fluide GT2 est transmise à l'environnement. Lorsque seule la production de travail est recherchée, le transfert de chaleur entre la source à Tml et le puits à T1112 est intégral, c'est-à-dire qu'il y a égalité de Qmi et Qm2, noté simplement Qm dans ce cas. Lorsque l'on cherche une cogénération de travail et de chaleur à un niveau de température suffisant tel que Tml, alors le transfert de chaleur entre la source à Tmi et le puits à T1112 est partiel, c'est-à-dire que Qml est supérieur à Qm2 et que la différence est délivrée à l'utilisateur.One embodiment of a thermal coupling between two modified motor Carnot machines is diagrammatically illustrated in FIGS. 12a and 12b. Figure 12a shows the temperature levels of heat sources and sinks and the direction of heat and work exchanges between machines or with the environment. A first so-called high temperature machine (HT) operates between a heat source at the temperature T h and a heat sink at the intermediate temperature T m i, and it contains a working fluid G T j. A second machine, called low temperature (BT) operates between a heat source at T m2 and a heat sink at the temperature T b , and it contains a working fluid G T2 . Temperatures are such that Th> T ml > T m2 > T b > T am bi an te- If the heat transfer at the condenser of the HT machine and the evaporator of the BT machine is infinitely efficient (due to of an exchange surface and / or infinite exchange coefficients) the temperature T ra i and T m2 are substantially equal. In all cases, in this so-called "thermal cascade" combination, the quantity of heat Q h is supplied to the HT machine at the temperature T h for the evaporation of the fluid G T i, the quantity of heat Q ml released by the condensation of G T i in the condenser of the machine HT at the temperature T m i is transferred entirely (Q ml = Qπώ) or partially (Q n , i> Q m2 ) to the evaporator of the machine BT for the evaporation of the fluid G τ2 at the temperature T m2 and the heat Q b produced at the temperature T b by the condensation of the fluid G T2 is transmitted to the environment. When only the production of work is sought, the heat transfer between the source at T ml and the well at T 1112 is integral, that is to say that there is equality of Q m i and Q m2 , noted simply Q m in this case. When looking for working and heat cogeneration at a sufficient temperature level such as T ml , then the heat transfer between the source at T m i and the well at T 1112 is partial, that is, say Q ml is greater than Q m2 and the difference is delivered to the user.
Éventuellement les fluides de travail Gj i et Gj2 peuvent être identiques.Optionally the working fluids Gj i and Gj 2 may be identical.
Parallèlement, les quantités de travail Wi et W2 sont fournies respectivement par la machine HT et la machine BT. Le rendement global ((Wi+W2)/Qh) de l'association en cascade des deux machines modifiées motrices n'est pas nécessairement égal, mais plutôt inférieur, en général, à celui d'une machine de Carnot modifiée motrice seule fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes Th et Tb représentée schématiquement sur la figure 12b. En fait, ces deux rendements sont égaux à la quadruple condition que les deux machines de Carnot modifiées soient de 2eme type, fonctionnent idéalement, c'est-à-dire sans irréversibilités, que les températures Tml et Tn^ soient confondues et qu'il y ait récupération intégrale de chaleur (Qmi = Q1112) à cette température intermédiaire Tm.At the same time, the working quantities Wi and W 2 are supplied respectively by the machine HT and the machine BT. The overall efficiency ((Wi + W 2 ) / Q h ) of the cascading combination of the two modified motor machines is not necessarily equal, but rather lower, in general, than that of a modified motor Carnot machine. only operating between the same extreme temperatures T h and T b shown schematically in Figure 12b. In fact, these two efficiencies are equal to the quadruple provided that both machines be modified Carnot of 2nd type, operate ideally, that is to say without irreversibilities that the temperatures T mL and T ^ n are merged and that there is integral heat recovery (Q m i = Q 1112 ) at this intermediate temperature T m .
L'association en cascade thermique de machines de Carnot modifiées motrices peut impliquer des machines de mêmes types (1er ou 2ème) ou de types différents.The thermal cascade association of modified motor Carnot machines can involve machines of the same types ( 1st or 2nd ) or of different types.
Un 1er avantage de l'association en cascade de deux machines de Carnot mo- difiées motrices de 2eme type réside dans le fait que l'amplitude de température Th-Tb n'est plus limitée comme lors de l'utilisation d'une seule machine de Carnot modifiée motrice de 2eme type (dû à la condition sur les volumes massiques exprimée par l'équation (I)). De ce fait le rendement global de l'association en cascade peut toujours devenir supérieur à celui de la machine seule lorsque l'écart (Th-Tb) de ladite association devient supérieur à l'écart maximal permis pour ladite machine seule.A 1 advantage of the association in cascade of two machines Carnot mo- EU and EFTA drive of 2nd type lies in the fact that the temperature T h -T amplitude b is not limited as in the use of a single modified driving Carnot machine of 2nd type (due to the condition on the specific volumes expressed by equation (I)). As a result, the overall efficiency of the cascade association can always become greater than that of the machine alone when the difference (T h -T b ) of said association becomes greater than the maximum variation allowed for said single machine.
Un 2eme avantage de l'association en cascade de deux machines de Carnot modifiées motrices, de 1er ou de 2eme type, est que l'amplitude de pression de chacun des fluides de travail Gχi et Gj2 est plus faible que celle du fluide de travail de l'unique machine de Carnot modifiée motrice (de 1er ou de 2eme type) fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes Th et Tb.A 2nd advantage of the association in cascade of two machines Carnot modified drive, 1 st or 2nd type, is that each pressure amplitude of Gχi working fluids and Gj 2 is lower than that of working fluid of the single engine modified Carnot machine (1 st or 2 nd type) operating between the same extreme temperatures T h and T b .
Un couplage en cascade peut être effectué à l'aide de plus de deux machines de Carnot modifiées motrices, selon le même principe. La lere machine est alimentée en chaleur à la température la plus élevée Th pour l'évaporation d'un fluide de travail, et la dernière machine de la cascade libère vers l'environnement, la chaleur générée par la condensation à la température la plus faible Tb, Tb étant néanmoins supérieure à la température dudit environnement. Entre ces deux machines extrêmes, chaque machine intermédiaire reçoit la chaleur libérée par la condensation du fluide de travail de la machine que la précède, et transfère la chaleur libérée par la condensation de son propre fluide de travail à la machine qui la suit. Chaque machine fournit une quantité de travail à l'environnement.A cascade coupling can be performed using more than two modified motor Carnot machines, according to the same principle. The ere the machine is supplied with heat at the highest temperature T h for evaporating a working fluid, and the last cascade machine releases to the environment, the heat generated by the condensing temperature the lower T b , T b is nevertheless greater than the temperature of said environment. Between these two extreme machines, each intermediate machine receives the heat released by the condensation of the working fluid of the machine that precedes it, and transfers the heat released by the condensation of its own working fluid to the machine that follows it. Each machine provides a quantity of work to the environment.
Deux machines de Carnot modifiées réceptrices peuvent être couplées en cascade d'une manière analogue à celle décrite ci-dessus pour les machines motrices. Les flux de travail et de chaleur sont en sens inverse de ceux représentés à la figure 12a. L'association en cascade de deux machines de Camot modifiées réceptrices présente l'avantage non négligeable d'une réduction de l'amplitude de pression de chacun des fluides de travail GTi et GT2 par rapport à celle du fluide de travail constatée dans une machine de Carnot modifiée réceptrice unique, qu'elle soit de 1er ou de 2ème type, et fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes Tb et Th.Two modified receiving Carnot machines may be cascaded in a manner analogous to that described above for the engines. The work and heat flows are in the opposite direction to those shown in Figure 12a. The cascade association of two modified receiving Camot machines has the significant advantage of reducing the pressure amplitude of each of the working fluids G T i and G T2 relative to that of the working fluid found in a single receiving modified Carnot machine, whether of the 1st or 2nd type, and operating between the same extreme temperatures T b and T h .
Une machine de Carnot modifiée selon l'invention peut être couplée mécaniquement à un dispositif complémentaire au niveau du moteur hydraulique si la machine est motrice ou de la pompe hydraulique si la machine est réceptrice. Le couplage mécanique peut être effectué par l'intermédiaire par exemple d'une courroie, d'un cardan, d'un embrayage magnétique ou pas, ou directement sur l'arbre du moteur hydraulique ou de la pompe hydraulique.A modified Carnot machine according to the invention may be mechanically coupled to a complementary device at the hydraulic motor if the machine is driving or the hydraulic pump if the machine is receiving. The mechanical coupling can be effected by means for example of a belt, a gimbal, a magnetic clutch or not, or directly on the shaft of the hydraulic motor or the hydraulic pump.
Le dispositif complémentaire peut être un dispositif moteur, par exemple un moteur électrique, une turbine hydraulique, une éolienne, un moteur à essence, un moteur à gaz, un moteur diesel, ou autre machine de Carnot modifiée motrice. Le dispositif complémentaire peut être un dispositif récepteur, par exemple une pompe hydraulique, un véhicule de transport, un alternateur, une pompe à chaleur à compression mécanique de vapeur, un compresseur à air, ou une autre machine de Carnot modifiée réceptrice.The complementary device may be a motor device, for example an electric motor, a hydraulic turbine, a wind turbine, a gasoline engine, a gas engine, a diesel engine, or other engine modified Carnot machine. The complementary device may be a receiver device, for example a hydraulic pump, a transport vehicle, an alternator, a mechanical vapor compression heat pump, an air compressor, or another receiving modified Carnot machine.
Le dispositif complémentaire peut en outre être un dispositif moteur- récepteur tel qu'un volant d'inertie par exemple.The complementary device may further be a motor-receiver device such as a flywheel for example.
Un mode de réalisation particulièrement préféré de couplage mécanique consiste à coupler une machine de Carnot modifiée motrice et une machine de Carnot modifiée réceptrice.A particularly preferred embodiment of mechanical coupling is to couple a modified motor Carnot machine and a receiving modified Carnot machine.
Un 1er mode de réalisation d'une installation comprenant une machine de Carnot modifiée motrice couplée mécaniquement à une machine de Carnot modifiée réceptrice, est représenté schématiquement sur la figure 13 avec les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail.A 1st embodiment of an installation comprising a Carnot machine modified motor mechanically coupled to a Carnot machine modified receiver is shown schematically in Figure 13 with the temperature levels of the sources and heat sinks and the direction of the exchanges of heat and work.
La machine motrice contient un fluide de travail GTJ. Elle reçoit une quantité de chaleur Qj, à partir d'une source à la température Tj1, elle libère une quantité de chaleur Q1nM à une température TmM et un travail W. La température Th de la source est nécessairement supérieure à la température TmM du puits de chaleur.The prime mover contains a working fluid G TJ . It receives a quantity of heat Qj, from a source at temperature Tj 1 , it releases a quantity of heat Q 1nM at a temperature T mM and a work W. The temperature T h of the source is necessarily greater than temperature T mM of the heat sink.
La machine réceptrice contient un fluide de travail GT2- Elle libère une quantité de chaleur QmR à une température T1nR. Elle reçoit une quantité de chaleur Qb à partir d'une source à la température Tb et le travail W libéré par la machine motrice. La température Tb de la source est nécessairement inférieure à la température TmR du puits de chaleur.The receiving machine contains a working fluid G T2 - It releases a quantity of heat Q mR at a temperature T 1nR . She receives a quantity of heat Q b from a source at temperature T b and the work W released by the prime mover. The temperature T b of the source is necessarily lower than the temperature T mR of the heat sink.
Les deux applications principales visées par une telle association qui n'utilise comme seule source d'énergie que de la chaleur à Th, sont : la production de froid à Tb. Dans ce cas Tb < Tarant < T1nR la production de chaleur à TmR et TmM. Par exemple pour le chauffage de l'habitat, c'est-à-dire lorsque Tb est la température ambiante à l'extérieur Tambiant_extérieur> les deux températures moyennes TmM et TmR sont égales et le coefficient d'amplification (QmR+QmM)/Qh est supérieur à 1.The two main applications targeted by such an association, which uses only heat as the sole source of energy at T h , are: the production of cold at T b . In this case T b <r ant T <T 1NR heat production to T and T mR mM. For example for the heating of the habitat, that is to say when T b is the ambient outside temperature Tambiant_extérieur > the two mean temperatures T mM and T m R are equal and the amplification coefficient (Q mR + Q mM ) / Q h is greater than 1.
Un 2eme mode de réalisation d'une installation comprenant une machine deA 2 nd embodiment of an installation comprising a machine
Carnot modifiée motrice couplée mécaniquement à une machine de Carnot modifiée réceptrice, est représenté schématiquement sur la figure 14 avec les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail.Motor modified carnot mechanically coupled to a modified receiving Carnot machine, is shown schematically in FIG. 14 with the temperature levels of the heat sources and sinks and the direction of the heat and work exchanges.
La machine motrice contient un fluide de travail GT2- Elle reçoit une quantité de chaleur Q1nM à partir d'une source à la température Tm, elle libère une quantité de chaleur Qb à une température Tb et un travail W. La température Tm de la source est nécessairement supérieure à la température Tb du puits de chaleur. La machine réceptrice contient un fluide de travail Gy1. Elle libère une quantité de chaleur Qh à une température Th. Elle reçoit une quantité de chaleur QmR à partir de la source à la température Tm et Ic travail W libéré par la machine motrice. La température Tm de la source est nécessairement inférieure à la température Th du puits de chaleur. Une telle installation selon l'invention permet d'obtenir une quantité de chaleur à une température plus élevée que la température de la source de chaleur disponible sans consommer de travail fourni par l'environnement. Cette application est particulièrement intéressante lorsque l'on dispose de rejet de chaleur inutilisée et que l'on en a besoin à plus haute température. Une installation selon la présente invention peut être utilisée pour produire, à partir d'une source de chaleur, de l'électricité, de la chaleur ou du froid. Selon l'application considérée, l'installation comprend une machine de Carnot modifiée motrice ou une machine de Carnot modifiée réceptrice, associée à un environnement approprié. Le fluide de travail et le liquide hydraulique de transfert sont choisis en fonction du but recherché, de la température de la source de chaleur disponible et de la température du puits de chaleur disponible.The prime mover contains a working fluid G T2 - It receives a quantity of heat Q 1nM from a source at the temperature T m , it releases a quantity of heat Q b at a temperature T b and a work W. temperature T m of the source is necessarily greater than the temperature T b of the heat sink. The receiving machine contains a working fluid Gy 1 . It releases a quantity of heat Q h at a temperature T h . It receives a quantity of heat Q mR from the source at the temperature T m and the work W released by the prime mover. The temperature T m of the source is necessarily lower than the temperature T h of the heat sink. Such an installation according to the invention makes it possible to obtain a quantity of heat at a temperature higher than the temperature of the heat source available without consuming work provided by the environment. This application is particularly interesting when there is unused heat rejection and that it is needed at higher temperatures. An installation according to the present invention can be used to produce, from a heat source, electricity, heat or cold. Depending on the application considered, the installation includes a modified motorized Carnot machine or a modified receiving Carnot machine, associated with a suitable environment. The working fluid and the transfer hydraulic fluid are selected according to the purpose, the temperature of the available heat source and the temperature of the available heat sink.
Une machine de Carnot modifiée réceptrice peut être utilisée dans tout le domaine des machines frigorifiques et des pompes à chaleur : congélation, réfrigé- ration, climatisation dit "réversible" c'est-à-dire rafraîchissement l'été et chauffage l'hiver.A modified receiving Carnot machine can be used in the whole field of refrigerating machines and heat pumps: freezing, refrigeration, so-called "reversible" air-conditioning, that is, cooling in the summer and heating in the winter.
Les machines frigorifiques classiques à compression mécanique de vapeur (CMV) sont réputées avoir de bons coefficients de performance COP (= Qt/W) ou d'amplification COA (= Qm/W). En réalité ces coefficients sont bien inférieurs (- 50% environ) à ceux de la machine de Carnot et donc de la machine de Carnot modifiée réceptrice de la présente invention en particulier du 2eme type et dans une moindre mesure du 1er type. Le remplacement des machines CMV actuelles par des machine de Carnot modifiées réceptrices permettrait une réduction de l'énergie électrique requise pour satisfaire les mêmes besoins. Comme pour les pompes à chaleur classiques à compression mécanique de vapeur, le domaine de pression raisonnable pour le fluide de travail Gj d'une machine de Carnot modifiée réceptrice se situe entre 0,7 bar et 10 bars environ. Aux pressions inférieures à 0,7 bar, la taille des canalisations entre le cylindre de transfert et l'évaporateur et surtout le volume du cylindre de transfert lui-même de- viendraient trop importants. À l'inverse, aux pressions supérieures à 10 bars se posent des problèmes de sécurité et de résistance des matériaux. L'utilisation des alca- nes ou des HFC est bien adaptée pour ces applications. Par exemple l'isobutane est déjà utilisé dans les réfrigérateurs ou congélateurs actuels (car sans effet sur la couche d'ozone). Le liquide de transfert qui peut être associé à ces alcanes dans une machine de Carnot modifiée réceptrice pour les applications frigorifiques est l'eau. Pour le froid négatif, il sera néanmoins nécessaire dans ce cas d'intercaler une membrane entre Gτ et Lτ pour éviter que du givre ne vienne obstruer l'intérieur de l'évaporateur ou d'envisager des dégivrages réguliers et des dispositifs de retour du Lτ vers les enceintes de transfert. À la place de l'eau comme liquide de transfert, on peut également envisager une huile dans laquelle le fluide de travail Gx choisi serait faiblement miscible.Conventional mechanical steam compression refrigeration machines (CMV) are known to have good COP (= Q t / W) or COA (= Q m / W) performance coefficients. In reality, these coefficients are much lower than (- about 50%) to those of the Carnot machine and therefore of the modified receiving Carnot machine of the present invention in particular 2nd type and to a lesser extent of the 1st type. Replacing existing CMV machines with modified receiving Carnot machines would reduce the electrical energy required to meet the same needs. As with conventional heat pumps with mechanical vapor compression, the reasonable pressure range for the working fluid Gj of a modified receiving Carnot machine is between about 0.7 bar and about 10 bar. At pressures below 0.7 bar, the size of the pipes between the transfer cylinder and the evaporator and especially the volume of the transfer cylinder itself would become too great. On the other hand, at pressures above 10 bar there are problems of safety and resistance of the materials. The use of alkanes or HFCs is well suited for these applications. For example, isobutane is already used in current refrigerators or freezers (because no effect on the ozone layer). The transfer liquid that can be associated with these alkanes in a modified Carnot machine receiving for refrigeration applications is water. For the negative cold, it will nevertheless be necessary in this case to interpose a membrane between G τ and L τ to prevent frost does not come obstruct the interior of the evaporator or to consider regular defrosts and return devices from L τ to the transfer cabinets. Instead of water as a transfer liquid, it is also possible to envisage an oil in which the working fluid Gx chosen is poorly miscible.
Les machines de Carnot modifiée motrices peuvent être utilisées pour la production électrique centralisée ou dispersée, la production de travail pour le pompage d'eau, le dessalement d'eau de mer, etc ., la production de travail pour une machine réceptrice ditherme c'est-à-dire à finalité de chauffage ou de production frigorifique et en particulier une machine de Carnot modifiée réceptrice. Les avantages d'une machine de Camot modifiée motrice et ceux d'une machine de Carnot modifiée réceptrice peuvent être cumulés en associant les deux machines. En effet, la conversion mécanique - électrique n'est alors plus nécessaire, ce qui supprime la légère perte de rendement qu'une telle conversion implique. Une installation selon l'invention peut être utilisée pour la production centralisée d'électricité à partir d'une source de chaleur centralisée à haute température, produite par exemple par une réaction nucléaire. Une réaction nucléaire produit de la chaleur à 5000C. L'utilisation de cette chaleur implique soit l'utilisation d'un fluide moteur compatible avec cette température élevée, soit la mise en œuvre d'une étape intermédiaire utilisant une turbine à vapeur surchauffée entre 500 et 3000C, la chaleur à 3000C étant ensuite fournie à une machine de Carnot modifiée motrice qui fonctionnerait entre cette source chaude à 3000C et le puits froid de l'ambiance extérieure. Avec un tel écart de température il est nécessaire d'associer en cascade thermique au moins deux machines de Carnot modifiées motrices impliquant différents fluides de travail. Pour la machine à plus haute température, l'eau est bien adaptée comme fluide de travail. Dans cette configuration l'avantage conféré par l'invention est que le rendement global de production électrique est meilleur que celui des centrales nucléaires actuelles.Carnot modified motor machines can be used for centralized or dispersed electrical production, production work for water pumping, desalination of seawater, etc., production work for a machine ditherme c ' that is to say for purposes of heating or refrigerating production and in particular a receiving modified Carnot machine. The advantages of a motor modified Camot machine and those of a modified receiving Carnot machine can be cumulated by combining the two machines. Indeed, the mechanical - electrical conversion is then no longer necessary, which eliminates the slight loss of efficiency that such conversion implies. An installation according to the invention can be used for the centralized production of electricity from a centralized heat source at high temperature, produced for example by a nuclear reaction. A nuclear reaction produces heat at 500 ° C. The use of this heat involves either the use of a motor fluid compatible with this high temperature, or the implementation of an intermediate step using an overheated steam turbine. between 500 and 300 ° C., the heat at 300 ° C. being then supplied to a motor modified Carnot machine which would operate between this hot source at 300 ° C. and the cold well of the external environment. With such a difference in temperature it is necessary to combine in thermal cascade at least two modified motor Carnot machines involving different working fluids. For the higher temperature machine, water is well suited as a working fluid. In this configuration the advantage conferred by the invention is that the overall efficiency of electrical production is better than that of current nuclear power plants.
Une installation selon l'invention peut être utilisée pour la production décentralisée d'électricité, en utilisant comme source de chaleur l'énergie solaire qui est renouvelable, disponible partout mais intermittente et assez diluée (1 kW/m2 maximum environ par beau temps). Les capteurs solaires cylindro paraboliques actuels peuvent amener le fluide moteur à 3000C environ. Par rapport à la production centralisée on perd le travail délivré par la turbine entre 500 et 3000C, mais on utilise uniquement une source d'énergie renouvelable.An installation according to the invention can be used for the decentralized production of electricity, using as a heat source solar energy which is renewable, available everywhere but intermittent and fairly diluted (about 1 kW / m 2 maximum in good weather) . The current parabolic cylindrical solar collectors can bring the working fluid to 300 ° C. Compared with centralized production, the work delivered by the turbine is lost between 500 and 300 0 C, but only a renewable energy source is used.
On peut aussi utiliser l'énergie solaire thermique délivrée à des températures inférieures, telles que 1300C environ avec des capteurs à tubes sous vide ou 800C environ avec des capteurs plans. Évidemment plus la température de la source chaude diminue, plus faible est le rendement de la machine de Carnot modifiée mo- trice. Toutefois pour la plus faible température Tj1, celle délivrée par les capteurs solaires plans, une association en cascade thermique n'est plus nécessaire, la machine de Carnot modifiée motrice est alors plus simple et donc moins coûteuse. En cas d'absence de soleil, une chaudière auxiliaire peut apporter la chaleur nécessaire.It is also possible to use solar thermal energy delivered at lower temperatures, such as about 130 ° C. with evacuated tube collectors or about 80 ° C. with planar collectors. Obviously, the lower the temperature of the hot source, the lower the efficiency of the modified motor Carnot machine. However, for the lower temperature Tj 1 , that delivered by the planar solar collectors, a thermal cascade association is no longer necessary, the engine modified Carnot machine is then simpler and therefore less expensive. If there is no sun, an auxiliary boiler can provide the necessary heat.
Une installation selon l'invention peut être utilisée pour transformer de la chaleur en travail, sans nécessairement transformer celui-ci en électricité. Le travail mécanique peut être utilisé directement, par exemple pour une pompe hydraulique ou pour une pompe à chaleur dont le compresseur n'est pas entraîné par un moteur électrique. Dans ce dernier cas les finalités sont: la production de chaleur à un niveau de température Tm inférieur à celui de la source chaude à Tj, mais avec un coefficient d'amplification supérieur à 1 ou à un niveau de température Tj1 supérieur à celui de la source chaude à Tm mais avec un coefficient d'amplification inférieur à 1, lesdits coefficients d'amplification étant supérieurs à ceux de l'art antérieur par les systèmes à ad- ou absorption. la production de froid à un niveau de température Tb (inférieur à l'ambiance) et avec un coefficient de performance supérieur à celui de l'art antérieur par les systèmes à ad- ou absorption.An installation according to the invention can be used to transform heat into work, without necessarily converting it into electricity. Mechanical work can be used directly, for example for a hydraulic pump or for a heat pump whose compressor is not driven by an electric motor. In the latter case, the finalities are: the production of heat at a temperature level T m lower than that of the hot source at Tj, but with an amplification coefficient greater than 1 or a temperature level Tj 1 greater than that from the hot source to T m but with an amplification coefficient of less than 1, said amplification coefficients being greater than those of the prior art by the ad-or absorption systems. the production of cold at a temperature level T b (lower than the atmosphere) and with a coefficient of performance greater than that of the prior art by the ad-or absorption systems.
La présente invention est illustrée par les huit exemples suivants, auxquels elle n'est cependant pas limitée. Les figures 15a à 15h récapitulent schématique- ment, pour chacun des exemples, les échanges de chaleur et de travail entre la ma- chine (ou les associations de machines) de Carnot modifiée(s) et l'environnement, ainsi que les températures des sources et puits de chaleur. Exemple 1 (Fig. 15a): trois machines de Carnot modifiées motrices de 2eme type en cascade thermique; Exemple 2 (Fig. 15b): deux machines de Carnot modifiées motrices de 1er type en cascade thermique;The present invention is illustrated by the following eight examples, to which it is however not limited. Figures 15a to 15h summarize schematically, for each of the examples, the heat exchange and work between the machine (or associations of machines) of Carnot modified (s) and the environment, as well as the temperatures of sources and heat sinks. Example 1 (FIG 15a): three modified motor Carnot machines of 2 nd type in thermal cascade; Example 2 (Fig 15b.): Two machines Carnot modified drive of 1st type thermal waterfall;
Exemples 3 et 4 (Fig. 15c et 15d): machines de Carnot modifiées réceptrices deExamples 3 and 4 (Figs 15c and 15d): modified receptor-modified Carnot machines
2ème ou l er type; 2nd or 1st type;
Exemple 5 (Fig. 15e): deux machines de Carnot modifiées réceptrices deExample 5 (Fig. 15e): two modified Carnot machines receiving
1er type en cascade thermique; Exemples 6 et 7 (Fig. 15f et 15g): couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice haute température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type basse température; 1st type in thermal cascade; Examples 6 and 7 (Figure 15f and 15g.) Mechanical coupling of a Carnot machine modified high-temperature driving of 1st type and a Carnot machine modified receptor of 1 low-temperature-type;
Exemple 8 (Fig. 15h): couplage mécanique d'une machine de Carnot mo- difîée motrice basse température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type haute température.Example 8 (Fig 15h.) Mechanical coupling of a Carnot machine mo- motor MODIFIED low temperature 1st type and a Carnot machine modified receptor of 1 high temperature type.
Dans ces exemples, trois fluides de travail Gτ sont utilisés : l'eau (notéeIn these examples, three working fluids G T are used: water (noted
R718), le n-butane (noté R600) et le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (noté Rl 34a). Les diagrammes de Mollier pour ces trois fluides sont représentés respectivement par les figures 16, 17 et 18. Dans ces diagrammes sont tracés les différents cycles deR718), n-butane (denoted R600) and 1,1,1,2-tetrafluoroethane (denoted Rl 34a). The Mollier diagrams for these three fluids are shown respectively in Figures 16, 17 and 18. In these diagrams are plotted the different cycles of
Carnot modifiés qui sont impliqués dans les exemples 1 à 8 susmentionnés. Exemple 1Modified Carnot that are involved in the aforementioned Examples 1-8. Example 1
Association en cascade thermique de trois machines de Camot modifiées motrices du 2ème tvpeAssociation in thermal cascade of three Camot machines modified motor of the 2nd TVpe
L'objectif est de produire du travail (convertible en électricité) avec le meilleur rendement possible. Pour une température de puits froid donnée (Tb =The goal is to produce work (convertible into electricity) with the best possible output. For a given cold well temperature (T b =
40°C), le rendement sera d'autant plus élevé que la température Tj1 de la source chaude est élevée et que le cycle de la machine se rapproche du cycle idéal de40 ° C), the efficiency will be higher when the temperature Tj 1 of the hot source is high and the cycle of the machine approaches the ideal cycle of
Carnot. Le cycle de Carnot modifié moteur de 2eme type est donc retenu dans sa configuration préférée, c'est à dire en respectant la contrainte de l'égalité des volumes massiques du fluide de travail en sortie du condenseur et de l'évaporateurCarnot. The engine modified Carnot cycle of 2 nd type is therefore retained in its preferred configuration, that is to say respecting the constraint of equal mass volumes of the working fluid leaving the condenser and the evaporator
(tel que décrit dans la figure 4).(as described in Figure 4).
Avec une source de chaleur à Th3 égale à 85°C, le fluide de travail utilisé est le R600 et il décrit le cycle a-b-c-d-a dans la figure 17. On note qu'avec ce fluide la détente adiabatique c— >d aboutit dans le domaine de la vapeur surchauffée mais néanmoins très près de la courbe de saturation. L'irréversibilité est très faible. Le rendement η3 de ce cycle est de 12,49%, à comparer au 12,56% d'un cycle de Carnot parfait entre les mêmes températures.With a heat source at T h3 equal to 85 ° C., the working fluid used is R600 and it describes the cycle abcda in FIG. 17. It is noted that with this fluid the adiabatic expansion c-> d results in the domain of superheated steam but nevertheless very close to the saturation curve. Irreversibility is very weak. The yield η 3 of this cycle is 12.49%, compared to the 12.56% of a perfect Carnot cycle between the same temperatures.
Avec une source de chaleur à T)12 égale à 175°C et en association en cascade thermique avec le cycle précédent, le fluide de travail utilisé est le R718 et il décrit le cycle e-f-g-h-e dans la figure 16. On note qu'avec ce fluide la détente adiabatique g→h aboutit dans le domaine biphasique et n'induit donc aucune irréversibilité. Le rendement η2 de ce cycle se confond avec celui de Carnot et est donc de 16,7%.With a heat source at T) 12 equal to 175 ° C and in thermal cascade association with the previous cycle, the working fluid used is R718 and it describes the cycle efghe in Figure 16. It is noted that with this The adiabatic relaxation g → h results in the biphasic domain and thus induces no irreversibility. The yield η 2 of this cycle merges with that of Carnot and is therefore 16.7%.
Enfin avec une source de chaleur à Thl égale à 275°C et en association en cascade thermique avec le cycle précédent, le fluide de travail utilisé est toujours le R718 et il décrit le cycle a-b-c-d-a dans la figure 16. La détente adiabatique c-»d aboutit encore dans le domaine biphasique. Le rendement ηi de ce cycle est deFinally, with a heat source at T hl equal to 275 ° C and in thermal cascade association with the previous cycle, the working fluid used is still R718 and it describes the cycle abcda in Figure 16. The adiabatic expansion c- D still ends up in the biphasic domain. The yield ηi of this cycle is
16,4%.16.4%.
L'association en cascade thermique de ces trois machines de Carnot modifiées motrices de 2ème type (figure 15a), avec des écarts de température réalistes au niveau des transfert de chaleur entre les différentes machines, conduit au rendement global : η = (WffWa+WayQh = ηi + η2.(l-η0 + ηs-O-ηOO-ηi) η = 39,10% soit 91% du rendement de la machine de Carnot fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes. Ce rendement est meilleur que celui des centrales électriques nucléaires actuelles (≈ 34%) qui travaillent pourtant avec des vapeurs surchauffées à des températures bien supérieures (≈ 5000C). En outre la source de chaleur à Thi (=275°C) pourrait être apportée par des capteurs solaires cylindro-paraboliques. Exemple 2The association in thermal cascade of these three machines Carnot modified drive of 2nd type (Figure 15a), with realistic temperature differences at the level of heat transfer between the various machines, leads to overall efficiency: η = (Wf f Wa + WayQh = ηi + η 2. (L-η0 + ηs-O-ηOO-ηi) η = 39.10%, ie 91% of the yield of the Carnot machine operating between the same extreme temperatures. This efficiency is better than that of current nuclear power plants (≈ 34%), which nevertheless work with superheated vapors at much higher temperatures (≈ 500 ° C.). In addition, the heat source at T h i (= 275 ° C) could be provided by parabolic solar collectors. Example 2
Association en cascade thermique de deux machines de Carnot modifiées motrices du 1er typeThermal cascade association of two modified type Carnot machines of the 1st type
Comme pour l'exemple précédent, l'objectif est de produire du travail (convertible en électricité) mais avec une machine plus simple en utilisant des associa- tions de machine de Carnot modifiées motrices de 1er type. Les écarts en température de la source et du puits de chaleur ne sont plus limitées par la contrainte de l'égalité des volumes massiques du fluide de travail en sortie du condenseur et de l'éva- porateur. Toutefois les écarts en pression trop importants génèrent d'autres problèmes technologiques; ainsi en reprenant les mêmes source et puits de chaleur extrêmes (275°C et 400C), il est préférable d'associer deux machines en cascade thermique plutôt que de réaliser une seule machine fonctionnant sur un écart aussi important.As with the previous example, the objective is to produce work (electricity convertible) but with a simpler machine using Carnot machine associa- tions of modified drive 1st type. The temperature differences of the source and the heat sink are no longer limited by the constraint of equal mass volumes of the working fluid at the outlet of the condenser and the evaporator. However, excessive pressure differences create other technological problems; thus by taking again the same source and extreme heat sink (275 ° C and 40 0 C), it is better to associate two machines in thermal cascade rather than to realize a single machine operating on a gap so important.
L'association en cascade thermique (figure 15b) consiste à coupler deux machines de Carnot modifiées motrice de 1er type, la première utilise l'eau (R718) comme fluide travail et décrit le cycle i-j-b-c-k-i de la figure 16, la seconde utilise le n-butane (R600) comme fluide travail et décrit le cycle e-f-b-c-d-e de la figure 17.The association in thermal cascade (15b) consists in coupling two machines Carnot modified driving of 1st type, the first one uses water (R718) as working fluid and describes the ijbcki cycle of Figure 16, the second uses the n-butane (R600) as working fluid and describes the cycle efbcde of Figure 17.
Les étapes j— »b et f-»b de ces deux cycles induisent des irréversibilités supplémentaires, mais les rendements des deux cycles restent néanmoins très satisfaisants (en comparaison des rendements de Carnot): T]1 = 27,47% pour le cycle avec le R718 et η2 = 10,82% pour le cycle avec le R600.The stages j- »b and f-» b of these two cycles induce additional irreversibilities, but the yields of the two cycles nevertheless remain very satisfactory (in comparison with Carnot yields): T] 1 = 27.47% for the cycle with the R718 and η 2 = 10.82% for the cycle with the R600.
Le rendement global de l'association en cascade thermique (figure 15b) de ces deux machines de Carnot modifiées motrices de 1er type est: η = (W1+W2)/Qh = η1 + η2.(l-ηi) soit η = 35,32% (82% du rendement de la machine de Carnot fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes).The overall yield of the association in thermal cascade (15b) of these two machines Carnot modified drive of 1st type is: η = (W 1 + W 2) / Q h = η 1 + η 2 (l-. ηi) is η = 35.32% (82% of the yield of the Carnot machine operating between the same extreme temperatures).
Par rapport à l'exemple précédent, pour une dégradation assez faible du rendement (-3,78%) la simplification de la machine est relativement importante : deux machines en association au lieu de trois et surtout 1er type plus simple que le 2ème. Exemple 3Compared to the previous example, for a rather low degradation of the yield (-3.78%) the simplification of the machine is relatively important: two machines in combination instead of three and especially 1 st simpler type than the 2 nd . Example 3
Machines de Carnot modifiées réceptrices du 2ème ou 1er typeModified receiving Carnot machines of the 2nd or 1st type
L'objectif visé dans l'exemple 3 est le chauffage de l'habitat par des émetteurs (radiateurs ou plancher chauffant) à basse température. Une machine de Carnot modifiée réceptrice fonctionnant entre 5 et 500C est bien adaptée à cette application (Figure 15c).The objective in Example 3 is the heating of the habitat by transmitters (radiators or underfloor heating) at low temperature. A modified receiving Carnot machine operating between 5 and 50 ° C. is well adapted to this application (FIG. 15c).
On compare les deux options possibles que constituent les machines du 2eme ou du 1er type en utilisant comme fluide de travail le R600.Comparing the two options that are the machines of the 2 nd or 1 st type using R600 as the working fluid.
Avec une machine de Carnot modifiée réceptrice de 2ème type le cycle décrit est le cycle l-2-3-4'-9-l de la figure 17. Avec ce fluide si l'étape de compression adiabatique avait été réalisée à partir de la vapeur saturée, c'est-à-dire le point "9" de ce cycle, ledit fluide à la fin de cette étape aurait été dans le domaine biphasique, ce qui n'est pas un inconvénient. À titre d'illustration sur cet exemple on choisit de réaliser une légère surchauffe (c'est-à-dire l'étape 9— >1) telle qu'il n'y ait que de la vapeur saturée en fin de compression (point "2" du cycle). Cela implique pendant cette étape un apport de chaleur, par exemple au niveau des cylindres de transfert tel que cela est illustré à la figure 2 pour une machine de Carnot modifiée motrice.With a Carnot machine receiving Amended 2nd type described cycle is the cycle l-2-3-4'-9-l of Figure 17. With this fluid if the adiabatic compression step was carried out using saturated steam, that is to say the point "9" of this cycle, said fluid at the end of this step would have been in the biphasic domain, which is not a disadvantage. By way of illustration in this example, it is chosen to carry out a slight overheating (that is to say step 9-> 1) such that there is only saturated steam at the end of compression (point "2" of the cycle). This involves during this step a heat input, for example at the level of the transfer cylinders as illustrated in FIG. 2 for a modified motor Carnot machine.
Le coefficient d'amplification de cette machine de Carnot modifiée réceptrice décrivant ce cycle est : COA = Qh/W = 7,18The amplification coefficient of this receiving modified Carnot machine describing this cycle is: COA = Q h / W = 7.18
Cc COA est quasiment égal à celui de la machine de Carnot fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes car l'irréversibilité engendrée par la surchauffe 9— »1 est très faible.This COA is almost equal to that of the Carnot machine operating between the same extreme temperatures because the irreversibility caused by the 9- »1 superheat is very low.
Toutefois la machine de 2eme type nécessite l'enceinte ABCD et les conne- xions associées, ce qui a un coût et implique une gestion plus complexe du cycle.However the machine 2nd type requires ABCD pregnant and associated connec- xions, which has a cost and requires more complex management cycle.
Avec une machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type le cycle décrit est le cycle 1-2-3-4-9-1 de la figure 17. Le COA de cette machine de 1er type est plus faible : COA = Qh/W = 6,06, soit 84% du COA de la machine de Carnot mais reste tout de même bien meilleur que les COA des machines actuelles à compression mécanique de vapeur fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes.With a Carnot machine receiving Amended 1st type described cycle is the cycle of 1-2-3-4-9-1 Figure 17. The COA of the machine 1 type is lower: COA = Q h / W = 6,06, or 84% of the COA of the Carnot machine, but still much better than the COA of the current machines with mechanical compression of steam operating between the same extreme temperatures.
Exemple 4Example 4
Machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er typeModified Receptor Carnot Machine of the 1st type
L'objectif visé dans l'exemple 4 est le rafraîchissement de l'habitat en été. Une machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type fonctionnant entre 15 et 400C est bien adaptée à cette application (Figure 15d). Le fluide de travail utilisé (R600) décrit le cycle 5-6-7-8-5 de la figure 17. Par rapport à l'exemple précédent, on choisit de ne pas réaliser de surchauffe avant l'étape de compression isentropique. Le coefficient de performance de cette machine de Carnot modifiée réceptrice décrivant ce cycle est :The objective in Example 4 is the cooling of the habitat in summer. A Carnot machine receiving modified 1 type operating between 15 and 40 0 C is well suited to this application (Figure 15d). The working fluid used (R600) describes the 5-6-7-8-5 cycle of Figure 17. Compared to the previous example, it is chosen not to overheat before the isentropic compression step. The coefficient of performance of this modified receiving Carnot machine describing this cycle is:
COP = Qt/W = 10,33 soit 90% du COP de la machine de Carnot et surtout bien meilleur que les COP des machines actuelles à compression mécanique de vapeur fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes. Exemple 5COP = Q t / W = 10.33 or 90% of the COP of the Carnot machine and above all much better than the COP of the current machines with mechanical compression of steam operating between the same extreme temperatures. Example 5
Association en cascade thermique de deux machines de Carnot modifiées réceptrices du 1er typeThermal cascade association of two modified receiving Carnot machines of the 1st type
L'objectif visé dans l'exemple 5 est la production frigorifique à basse température (pour la congélation). Même si l'écart en température entre la source et le puits de chaleur n'est pas limité par une quelconque contrainte d'égalité des volumes massiques du fluide de travail, il est préférable qu'il n'y ait pas d'écart en pression trop important dans la machine car cela génère d'autres problèmes technologiques. Ainsi avec la source froide à -300C et le puits chaud à 400C, il est préférable d'associer deux machines en cascade thermique plutôt que de réaliser une seule machine fonctionnant sur un écart aussi important. L'association en cascade thermique (voir figure 15e) consiste à coupler deux machines de Carnot modifiées réceptrices de 1er type, la première utilise le R600 comme fluide travail et décrit le cycle 9-6-7-10-9 de la figure 17, la seconde utilise le Rl 34a comme fluide travail et décrit le cycle 1-2-3-4-1 de la figure 18. Le coefficient de performance global de l'association en cascade thermique de ces deux machines de Carnot modifiées réceptrices de 1er type est:The objective in Example 5 is low temperature refrigeration production (for freezing). Even if the temperature difference between the source and the heat sink is not limited by any constraint of equality of the mass volumes of the working fluid, it is preferable that there be no difference in pressure too high in the machine because it generates other technological problems. Thus with the cold source at -30 ° C. and the hot well at 40 ° C., it is preferable to combine two machines in thermal cascade rather than to make a single machine operating on such a large difference. The association in thermal cascade (see Figure 15) is to couple two machines Carnot receiving modified 1st type, the first uses R600 as working fluid and describes the 9-6-7-10-9 cycle of Figure 17 the second uses Rl 34a as the working fluid and describes the cycle 1-2-3-4-1 of FIG. 18. The overall coefficient of performance of the thermal cascade combination of these two modified receiving Carnot machines of 1 st type is:
COP = Qb/(W!+W2) = 1/[1/COP2+(1+1/COP2)/COA1]COP = Q b / (W ! + W 2 ) = 1 / [1 / COP 2 + (1 + 1 / COP 2 ) / COA 1 ]
COP = 2,85 soit 82% du COP de la machine de Carnot et surtout bien meilleur que les COP des machines actuelles à deux étages de compression mécanique de vapeur fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes. Exemple 6COP = 2.85 or 82% of the COP of the Carnot machine and above all much better than the COP of the current two-stage mechanical compression steam machines operating between the same extreme temperatures. Example 6
Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice haute température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice basse température de 1er type L'objectif visé dans l'exemple 6 (figure 15f) est le rafraîchissement de l'habitat en été en n'utilisant comme source d'énergie que de la chaleur, par exemple issue de capteurs solaires. Pour cela on couple une première machine, la machine de Carnot modifiée motrice du 1er type utilisant le fluide de travail R600 et décrite à l'exemple 2, et une deuxième machine, la machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type décrite à l'exemple 4.Mechanical coupling of a Carnot machine modified high-temperature driving of 1st type and a Carnot machine receiving modified low temperature 1st type The aim in Example 6 (Figure 15f) is the freshening habitat in summer using as energy source only heat, for example from solar collectors. To this is coupled a first machine, the Carnot machine driving modified 1 type using R600 working fluid and described in Example 2, and a second machine, the Carnot machine receiving the modified 1st type described in Example 4
Le coefficient de performance de cette association (figure 15f) est: COP = Qb/Qh = TIi-COP2 = 1,29 soit 89% du COP de la machine de Carnot tritherme et surtout bien meilleur que les COP des systèmes trithermes à ad- ou absorption de l'art antérieur actuel fonctionnant entre les mêmes sources et puits de chaleur. Exemple 7The coefficient of performance of this association (figure 15f) is: COP = Q b / Q h = TIi-COP 2 = 1.29 or 89% of the COP of the tritherm Carnot machine and especially much better than the COP of the trithermal systems at ad- or absorption of the current prior art operating between the same sources and heat sinks. Example 7
Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice haute température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice basse température de 1er typeMechanical coupling of a Carnot machine modified high temperature of 1, motor type and a Carnot machine receiving modified low temperature 1st type
Les objectifs visés dans l'exemple 7 (figure 15g) sont multiples: - cogénération de travail convertible en électricité et de chaleur utile pour le chauffage (basse température) de l'habitat en hiver; climatisation à "basse température" c'est-à-dire compatible avec les ventilo- convecteurs classiques pour les immeubles (bureau ou habitat collectif notamment). dans tous les cas en n'utilisant comme source d'énergie que de la chaleur à température accessible par une chaudière ou par des capteurs solaires de type cylindo-parabolique.The objectives set out in Example 7 (Figure 15g) are multiple: - workable cogeneration convertible into electricity and heat useful for heating (low temperature) of the habitat in winter; "low temperature" air conditioning, that is to say, compatible with conventional fan coil units for buildings (office or collective housing in particular). in any case, using as energy source only heat at a temperature accessible by a boiler or by cylindrical parabolic solar collectors.
Pour ces objectifs pratiques, on couple une première machine, la machine de Carnot modifiée motrice du 1er type utilisant le fluide de travail le R718 qui décrit le cycle 1-m-g-n-l de la figure 16, et une deuxième machine, la machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type décrite à l'exemple 3. Le rendement Ti1 de la première machine est de 25,34% (soit 91% du rendement de Carnot) ce qui est bien supérieur au rendement actuel des capteurs solaires photo voltaïques.For these practical goals, a first machine is coupled, the Carnot engine driving modified 1 type using the working fluid R718 describing the 1-mgnl cycle Figure 16, and a second machine, the Carnot engine modified receiving the 1st type described in example 3. The Ti 1 yield of the first machine is 25.34% (91% of Carnot yield) which is much higher than the current yield of photo voltaic solar collectors.
Si l'électricité n'est pas récupérée pour la machine réceptrice (figure 15g), la production de chaleur Qmi complète la production électrique, soit 24,66% de l'énergie incidente Qj1 alors que les cellules photovoltaïques, elles, ne délivrent pas de chaleur. Dans le cas contraire, c'est-à-dire pour les applications de chauffage seul et/ou de climatisation , les coefficients d'amplification et de performance de cette association sont reliés aux COP et rendement des 2 machines selon: COA = COP+ 1 = COP2!+lIf the electricity is not recovered for the receiving machine (figure 15g), the heat production Q m i completes the electricity production, ie 24.66% of the incident energy Qj 1 whereas the photovoltaic cells, they, do not deliver heat. In the opposite case, ie for heating only and / or air-conditioning applications, the amplification and performance coefficients of this combination are related to the COP and efficiency of the two machines according to: COA = COP + 1 = COP 2! + l
Soit respectivement COA = 2,28 (84% du COA de Carnot) et COP = 1,28 (74% du COA de Carnot).Let COA = 2.28 (84% of the Carnot COA) and COP = 1.28 (74% of the Carnot COA) respectively.
Exemple 8Example 8
Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice basse température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice haute température de 1er typeMechanical coupling of a Carnot machine modified low-temperature driving of 1st type and a Carnot machine modified receiving high temperature 1st type
L'objectif visé dans l'exemple 8 (figure 15h) est la production de vapeur à moyenne pression (2 bars) en ayant comme seule source d'énergie de la chaleur à "basse température" (85°C) incompatible avec la production directe de ladite vapeur. C'est un exemple parmi d'autres rencontrés classiquement sur des sites industriels où il existe des rejets de chaleur inutilisés et des besoins à des températures supérieures.The objective in Example 8 (FIG. 15h) is the production of medium pressure steam (2 bars) having as sole source of energy "low temperature" heat (85 ° C.) incompatible with the production. direct of said vapor. This is an example among others conventionally encountered on industrial sites where there are unused heat releases and needs at higher temperatures.
Cet objectif de thermotransformation entre 85 et 1200C (susceptible de générer de la vapeur à 2 bars) peut être réalisé en couplant mécaniquement une première machine, la machine de Carnot modifiée réceptrice du 1er type, utilisant le R718, fonctionnant entre 85 et 1200C et décrivant le cycle 1-2-3-4-1 de la figure 16, et une deuxième machine, la machine de Carnot modifiée motrice du 1er type, fonctionnant entre 85°C et 400C (température supérieure à l'ambiance), utilisant le fluide de travail R600 et décrite à l'exemple 2. Le coefficient de performance COP1 de la première machine (réceptrice) est de 9,14 (89% du COP de la machine ditherme de Carnot). On note qu'avec l'eau comme fluide de travail la vapeur en fin d'étape de compression isentropique est très surchauffée (T2 = 2080C » 1200C). Le coefficient de performance global de l'association (figure 15h) des deux machines vérifie :This objective thermotransformation between 85 and 120 0 C (capable of generating steam at 2 bar) can be achieved by mechanically coupling a first machine, the Carnot machine receiving modified 1 type using R718, operating between 85 and 120 0 C and describing the 1-2-3-4-1 cycle of Figure 16, and a second machine, the Carnot machine motor amended the 1st type, operating between 85 ° C and 40 0 C (temperature above the atmosphere), using the working fluid R600 and described in Example 2. The COP 1 coefficient of performance of the first machine (receiver) is 9.14 (89% of the COP of the Carnot dither machine). It is noted that with water as working fluid, the steam at the end of the isentropic compression stage is very superheated (T 2 = 208 ° C., 120 ° C.). The overall coefficient of performance of the association (FIG. 15h) of the two machines verifies:
COP = Qh/CQmi+QπtfMCOP, +l)/(COP,+l/η2)COP = Q h / CQ m i + Q πtf MCOP, + 1) / (COP, + l / η 2 )
Soit avec ces températures de la source et des puits: COP = 55,2% (89% du COP de la machine tritherme de Carnot).With these temperatures of the source and wells: COP = 55.2% (89% of the COP of the trithermal Carnot machine).
Les différents exemples décrits ci-dessus confirment qu'un même fluide de travail peut être utilisé en tant que fluide moteur, ou en tant que fluide récepteur, suivant l'installation et le but recherché.The various examples described above confirm that a same working fluid can be used as a driving fluid, or as a receiving fluid, depending on the installation and the purpose.
Le n-butane (R600) décrit un cycle moteur de 1er type dans l'exemple 2 (figure 15b) et un cycle récepteur de 1er type dans l'exemple 7 (figure 15g) et la machine de Carnot modifiée respectivement motrice ou réceptrice qui utilise ce fluide R600 est associée dans ces deux exemples à une autre machine de Carnot, motrice en l'occurrence, qui utilise l'eau (R718) comme fluide de travail. On en déduit par conséquent qu'une installation selon la présente invention peut comprendre une machine de Carnot motrice de 1er type (avec le R718 comme fluide de travail) couplée à une machine de Carnot modifiée polyvalente_(telle que celle décrite à la figure 11 et avec le R600 comme fluide de travail) et qu'une telle installation peut être mise en œuvre pour des applications aussi différentes que celle qui est visée à l'exemple 2, et celle qui est visée à l'exemple 7. N-butane (R600) discloses a motor cycle 1, the type in Example 2 (Figure 15b) and a 1st type receiver cycle in Example 7 (Figure 15g) and Carnot machine respectively driving modified or The receiver that uses this fluid R600 is associated in these two examples with another Carnot machine, in this case a motor, which uses water (R718) as a working fluid. Is deduced therefore that an installation according to the present invention may comprise a Carnot driving machine 1 type (with the working fluid as R718) coupled to a Carnot machine polyvalente_ modified (as described in Figure 11 and with the R600 as working fluid) and that such an installation can be implemented for applications as different as that referred to in Example 2, and that which is referred to in Example 7.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour la production de froid, de chaleur ou de travail, comprenant au moins une machine de Carnot modifiée constituée par : a) Un 1er ensemble qui comprend un évaporateur Evap associé à une source de chaleur, un condenseur Cond associé à un puits de chaleur, un dispositif DPD de pressurisation ou de détente d'un fluide de travail Gj, des moyens de transfert du fluide de travail Gx entre le condenseur Cond et DPD, et entre l'évaporateur Evap et DPD ; b) Un 2eme ensemble qui comprend deux enceintes de transfert CT et CT' qui contiennent un liquide de transfert Lτ et le fluide de travail Gτ sous forme de liquide et/ou de vapeur, le liquide de transfert Lτ et le fluide de travail étant deux fluides différents ; c) des moyens de transfert sélectif du fluide de travail Gτ entre le condenseur Cond et chacune des enceintes de transfert CT et CT1 d'une part, entre l'évaporateur Evap et chacune des enceintes de transfert CT et CT' d'autre part ; d) des moyens de transfert sélectif du liquide Lτ entre les enceintes de transfert CT et CT' et le dispositif de compression ou de détente DPD, lesdits moyens comprenant au moins un convertisseur hydraulique.1. Installation for the production of cold, heat or work, comprising at least one modified Carnot machine consisting of: a) A 1 assembly includes a Evap evaporator associated with a heat source, a condenser associated with a Cond heat sink, a DPD device for pressurizing or expanding a working fluid Gj, means for transferring the working fluid Gx between the condenser Cond and DPD, and between the evaporator Evap and DPD; b) 2nd assembly includes two CT transfer speakers and CT 'which contain a transfer liquid L τ and G working fluid τ in the form of liquid and / or vapor, the transfer liquid L τ and the fluid working being two different fluids; c) means for selectively transferring the working fluid G T between the condenser Cond and each of the transfer chambers CT and CT 1 on the one hand, between the Evap Evaporator and each of the CT and CT transfer speakers, on the other hand go ; d) Selective liquid transfer means L τ between the CT and CT 'transfer chambers and the DPD compression or expansion device, said means comprising at least one hydraulic converter.
2. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la machine de Carnot modifiée est une machine motrice, caractérisée en ce que le convertisseur hydraulique est un moteur hydraulique et la source de chaleur est à une température supérieure à celle du puits de chaleur, et en ce que DPD consiste en un dispositif qui pressurise le fluide de travail Gτ qui est à l'état de liquide saturé ou de liquide sous-refroidi. 2. Installation according to claim 1, wherein the modified Carnot machine is a prime mover, characterized in that the hydraulic converter is a hydraulic motor and the heat source is at a temperature higher than that of the heat sink, and what DPD consists of a device that pressurizes the working fluid G T which is in the saturated liquid or subcooled liquid state.
3. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la machine de3. Installation according to claim 1, wherein the machine of
Carnot modifiée est une machine motrice, caractérisée en ce que le convertisseur hydraulique est un moteur hydraulique et la source de chaleur est à une température supérieure à celle du puits de chaleur, et en en ce que le dispositif DPD comprend d'une part une enceinte de compression/détente ABCD et les moyens de transfert qui y sont associés et d'autre part une pompe hydraulique auxiliaire PHA2 pour la pressurisation du liquide de transfert Lτ.Modified Carnot is a driving machine, characterized in that the hydraulic converter is a hydraulic motor and the heat source is at a temperature higher than that of the heat sink, and in that the DPD device comprises on the one hand an enclosure compression / expansion ABCD and the transfer means associated therewith and secondly an auxiliary hydraulic pump PHA 2 for pressurizing the transfer liquid L τ .
4. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la machine de Carnot modifiée est une machine réceptrice, caractérisée en ce que le convertisseur hydraulique est une pompe hydraulique, et la source de chaleur est à une température inférieure à celle du puits de chaleur, et en ce que DPD est une vanne de détente VD ou un capillaire C ou une vanne commandée en série avec un capillaire VCC, ledit DPD étant traversé par le fluide de travail Gτ. 4. Installation according to claim 1, wherein the modified Carnot machine is a receiving machine, characterized in that the hydraulic converter is a hydraulic pump, and the heat source is at a temperature lower than that of the heat sink, and in that DPD is a VD expansion valve or a capillary C or a valve controlled in series with a VCC capillary, said DPD being traversed by the working fluid G τ .
5. Installation selon la revendication 1, dans laquelle la machine de5. Installation according to claim 1, wherein the machine of
Carnot modifiée est une machine réceptrice, caractérisée en ce que le convertisseur hydraulique est une pompe hydraulique, et la source de chaleur est à une température inférieure à celle du puits de chaleur, et en ce que DPD comprend une enceinte ABCD permettant une compression ou une détente adiabatique du fluide de travail Gτ par l'intermédiaire du liquide de transfert Lτ.Modified Carnot is a receiving machine, characterized in that the hydraulic converter is a hydraulic pump, and the heat source is at a temperature lower than that of the heat sink, and in that DPD comprises an ABCD enclosure allowing compression or adiabatic relaxation of the working fluid G τ via the transfer liquid L τ .
6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine de Carnot modifiée couplée par voie thermique au niveau de son condenseur et/ou de son évaporateur, à un dispositif complémentaire, le dispositif complémentaire étant une machine thermodynamique diatherme motrice pour une machine de Carnot modifiée motrice, et une machine thermodynamique ditherme réceptrice pour une machine de Carnot modifiée réceptrice.6. Installation according to claim 1, characterized in that it comprises a modified Carnot machine thermally coupled at its condenser and / or evaporator, to a complementary device, the complementary device being a thermodynamic machine diathermal motor for a modified motor Carnot machine, and a receiving thermodynamic ditherme machine for a modified receiving Carnot machine.
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le couplage est effectué par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur ou d'un caloduc, ou par contact direct, ou par rayonnement. 7. Installation according to claim 6, characterized in that the coupling is effected by means of a heat transfer fluid or a heat pipe, or by direct contact, or by radiation.
8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la machine thermodynamique ditherme est une 2eme machine de Carnot modifiée.8. Installation according to claim 6, characterized in that the thermodynamic machine is a ditherme 2nd Carnot machine modified.
9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine de Carnot modifiée est couplée par voie mécanique à un dispositif complémentaire. 9. Installation according to claim 1, characterized in that the modified Carnot machine is coupled mechanically to a complementary device.
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une machine de Carnot modifiée réceptrice couplée à un dispositif complémentaire moteur ou à un dispositif moteur-récepteur, ou une machine de Carnot modifiée motrice couplée à un dispositif complémentaire récepteur ou à un dispositif moteur-récepteur. 10. Installation according to claim 9, characterized in that it comprises a receiving modified Carnot machine coupled to a motor complementary device or to a motor-receiver device, or a motor modified Carnot machine coupled to a receiver complementary device or to a motor-receiver device.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que : le dispositif complémentaire moteur est un moteur électrique, une turbine hydraulique, une éolienne, un moteur à essence ou à gaz, un moteur diesel, ou une machine de Carnot modifiée motrice ; le dispositif complémentaire récepteur est une pompe hydraulique, un véhi- cule de transport, un alternateur, une pompe à chaleur à compression mécanique de vapeur ou de gaz, un compresseur à air, ou une machine de Carnot modifiée réceptrice ; le dispositif complémentaire moteur-récepteur est un volant d'inertie.11. Installation according to claim 10, characterized in that: the engine supplemental device is an electric motor, a hydraulic turbine, a wind turbine, a gasoline or gas engine, a diesel engine, or a modified motorized Carnot machine; the receiver complementary device is a hydraulic pump, a transport vehicle, an alternator, a heat pump with mechanical compression of steam or gas, an air compressor, or a modified receiving Carnot machine; the engine-receiver complementary device is a flywheel.
12. Installation selon la revendication 1, capable de fonctionner en mode moteur ou en mode récepteur, caractérisée en ce que : elle comprend un élément convertisseur et des moyens qui permettent de le mettre en communication de manière sélective avec les cylindres CT et CT1, ledit ensemble convertisseur étant constitué soit par un convertisseur hydraulique bifonctionnel capable de fonctionner en moteur ou en pompe, soit par une pompe hydraulique et un moteur hydraulique ; le dispositif DPD comprend un dispositif de pressurisation, un dispositif de détente et un moyen de sélection exclusif d'un des dits dispositifs de pressurisation et détente qui sont placés sur deux circuits parallèles entre le condenseur Cond et l'évaporateur Evap, et qui peuvent chacun mettre en communication le condenseur Cond et l'évaporateur Evap.12. Installation according to claim 1, capable of operating in motor mode or in receiver mode, characterized in that: it comprises a converter element and means that enable it to be brought into communication selectively with the cylinders CT and CT 1 , said converter assembly being constituted either by a bifunctional hydraulic converter capable of operating as a motor or pump, or by a hydraulic pump and a hydraulic motor; the DPD device comprises a pressurizing device, an expansion device and a means of exclusive selection of one of said pressurization and expansion devices which are placed on two parallel circuits between the Cond condenser and the Evap evaporator, and which can each connect the Cond condenser and the Evap evaporator.
13. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'échange de chaleur entre d'une part la source et/ou le puits de chaleur qui sont à des températures différentes, et d'autre part le fluide de travail Gτ dans les enceintes de transfert CT et CT1, l'échange de chaleur pouvant être direct ou indirect.13. Installation according to claim 1, characterized in that it comprises heat exchange means between firstly the source and / or the heat sink which are at different temperatures, and secondly the fluid G τ work in the CT and CT 1 transfer chambers, the heat exchange can be direct or indirect.
14. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de travail Gτ et le liquide de transfert Lx sont choisis de telle sorte que Gx soit faiblement soluble dans Lx, que Gτ ne réagisse pas avec Lx et que Gτ à l'état liquide soit moins dense que Lx. 14. Installation according to claim 1, characterized in that the working fluid G τ and the transfer liquid L x are chosen such that G x is poorly soluble in L x , G τ does not react with L x and that G τ in the liquid state is less dense than L x .
15. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de travail Gx et le liquide de transfert Lx sont isolés l'un de l'autre, par une membrane souple créant une barrière imperméable entre les fluides Gx et Lx mais qui n'oppose qu'une très faible résistance au déplacement de Lx ainsi qu'une faible ré- sistance au transfert thermique, ou par un flotteur qui a une densité intermédiaire entre celle du fluide de travail Gτ à l'état liquide et celle du liquide de transfert Lx.15. Installation according to claim 1, characterized in that the working fluid G x and the transfer liquid L x are isolated from one another by a flexible membrane creating an impermeable barrier between the fluids G x and L x but which poses only a very weak resistance to the displacement of L x as well as a weak resistance resistance to thermal transfer, or by a float which has a density intermediate that of the working fluid G τ in the liquid state and that of the transfer liquid L x .
16. Installation selon la revendication 14 , caractérisée en ce que le liquide de transfert Lτ est choisi parmi l'eau, les huiles minérales et les huiles de synthèse. 16. Installation according to Claim 14, characterized in that the transfer liquid L τ is selected from water, mineral oils and synthetic oils.
17. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le fluide de travail Gx est un corps pur ou un mélange azéotropique.17. Installation according to claim 14, characterized in that the working fluid G x is a pure body or an azeotropic mixture.
18. Installation selon la revendication 14 , caractérisée en ce que le fluide de travail Gτ est choisi parmi l'eau, CO2, NH3, les alcools ayant de 1 à 6 atomes de carbone, les alcanes ayant de 1 à 18 atomes de carbone, les chlorofluoroalcanes ayant de 1 à 15 atomes de carbone, les alcanes partiellement ou totalement chlorés ayant de 1 à 15 atomes de carbone et les alcanes partiellement ou totalement fluorés ayant de 1 à 15 atomes de carbone.18. Installation according to claim 14, characterized in that the working fluid G T is selected from water, CO 2 , NH 3 , alcohols having 1 to 6 carbon atoms, alkanes having 1 to 18 atoms carbon, chlorofluoroalkanes having 1 to 15 carbon atoms, partially or fully chlorinated alkanes having 1 to 15 carbon atoms and partially or fully fluorinated alkanes having 1 to 15 carbon atoms.
19. Procédé de production de froid, de chaleur et/ou de travail consistant à soumettre un fluide de travail Gτ à une succession de cycles de Carnot modifiés dans une installation selon la revendication 1, chaque cycle de Carnot modifié comprenant les transformations de Gτ suivantes : une transformation isotherme avec échange de chaleur entre Gτ et la source, respectivement le puits de chaleur ; une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail Gτ ; une transformation isotherme avec échange de chaleur entre Gx et le puits, respectivement la source de chaleur ; une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail Gx ; caractérisé en ce que : le fluide de travail Gx est sous forme biphasique liquide-gaz au moins pendant les deux transformations isothermes d'un cycle, les deux transformations isothermes produisent ou sont consécutives à un changement de volume de Gx concomitant avec le déplacement d'un liquide de transfert Lx qui entraîne ou est entraîné par un convertisseur hydraulique, et du travail est fourni ou reçu par l'installation par l'intermédiaire d'un liquide de transfert Lx qui traverse un convertisseur hydraulique pendant au moins les deux transformations isothermes. 19. A method for producing cold, heat and / or work consisting in subjecting a working fluid G T to a succession of modified Carnot cycles in an installation according to claim 1, each modified Carnot cycle comprising the transformations of G τ following: an isothermal transformation with heat exchange between G τ and the source, respectively the heat sink; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid G τ ; an isothermal transformation with heat exchange between G x and the well, respectively the heat source; an adiabatic transformation with an increase in the pressure of the working fluid G x ; characterized in that: the working fluid G x is in biphasic liquid-gas form at least during the two isothermal transformations of a cycle, the two isothermal transformations produce or are consecutive to a volume change of G x concomitant with the displacement a transfer liquid L x which drives or is driven by a hydraulic converter, and work is supplied or received by the installation via a transfer liquid L x which passes through a hydraulic converter for at least two isothermal transformations.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que du travail est reçu ou fourni par l'installation par l'intermédiaire du liquide de transfert Ly qui traverse un convertisseur hydraulique pendant une seule des transformations adiabatiques. 20. The method of claim 19, characterized in that work is received or provided by the installation via the transfer liquid Ly which passes through a hydraulic converter during only one of the adiabatic transformations.
21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que du travail est reçu ou fourni par l'installation par l'intermédiaire du liquide de transfert Lx qui traverse un convertisseur hydraulique pendant les deux transformations adiabatiques.21. The method of claim 19, characterized in that work is received or provided by the installation via the transfer liquid L x which passes through a hydraulic converter during the two adiabatic transformations.
22. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le cycle comprend les transformations suivantes : une transformation isotherme initiée par l'apport de chaleur à Gτ à partir de la source de chaleur ; une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail Gτ et production de travail par l'installation ; - une transformation isotherme au cours de laquelle de la chaleur est fournie par Gj à un puits de chaleur à une température inférieure à celle de la source ; une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail Gj. 22. Process according to claim 19, characterized in that the cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation initiated by the addition of heat to G T from the heat source; an adiabatic transformation with reduction of the pressure of the working fluid G τ and production of work by the installation; an isothermal transformation during which heat is supplied by Gj to a heat sink at a temperature lower than that of the source; an adiabatic transformation with increasing pressure of the working fluid Gj.
23. Procédé selon la revendication 22 , caractérisé en ce que du travail est échangé entre l'installation et l'environnement pendant les deux transformations adiabatiques du cycle.23. The method of claim 22, characterized in that work is exchanged between the installation and the environment during the two adiabatic transformations of the cycle.
24. Procédé selon la revendication 23 , caractérisé en ce que le rapport va/vc est tel que 0,9 < va/vc ≤ 1, va désignant le volume massique de Gτ à la fin de l'étape d'échange de chaleur avec le puits de chaleur, vc désignant le volume massique de Gx à la fin de l'étape d'échange de chaleur avec la source de chaleur.24. The method as claimed in claim 23, characterized in that the ratio v a / v c is such that 0.9 <v a / v c ≤ 1, v a denoting the mass volume of G τ at the end of the step heat exchange with the heat sink, v c denoting the mass volume of Gx at the end of the heat exchange step with the heat source.
25. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que le cycle comprend les transformations suivantes : une transformation isotherme avec libération de chaleur par GT vers le puits de chaleur ; une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail Gτ; une transformation isotherme avec apport de chaleur à Gτ par la source de chaleur à une température inférieure à la température du puits de chaleur ; une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail Gx initiée par l'apport de travail par l'intermédiaire du liquide de transfert Lγ.25. The method of claim 19, characterized in that the cycle comprises the following transformations: an isothermal transformation with release of heat by G T to the heat sink; an adiabatic transformation with a decrease in the pressure of the working fluid G τ ; an isothermal transformation with heat input at G τ by the heat source at a temperature below the temperature of the heat sink; an adiabatic transformation with an increase in the pressure of the working fluid Gx initiated by the supply of work via the transfer liquid Lγ.
26. Procédé selon la revendication 19, mis en œuvre dans une installation qui comprend une machine de Carnot modifiée couplée à une machine thermodynamique ditherme, caractérisé en ce que la chaleur du condenseur de la machine de Carnot modifiée est transférée vers la machine thermodynamique, ou l'évaporateur de la machine de Carnot modifiée reçoit de la chaleur de la machine thermodynamique. 26. The method of claim 19, implemented in an installation which comprises a modified Carnot machine coupled to a ditherme thermodynamic machine, characterized in that the heat of the condenser of the modified Carnot machine is transferred to the thermodynamic machine, or the evaporator of the modified Carnot machine receives heat from the thermodynamic machine.
27. Procédé selon la revendication 19, mis en œuvre dans une installation comprenant une première et une dernière machines de Carnot modifiées, et éventuellement au moins une machine de Carnot modifiée intermédiaire entre lesdites première et dernière machines de Carnot modifiées, les machines de Carnot modifiées étant couplées par voie thermique, caractérisé en ce que : - la 1 ere machine est alimentée en chaleur pour l'évaporation d'un fluide de travail GTP, et la dernière machine libère vers l'environnement la chaleur générée par la condensation d'un fluide de travail GTa, lesdits fluides GTP et GTd pouvant être identiques ou différents; le cas échéant, chaque machine intermédiaire reçoit la chaleur libérée par la condensation du fluide de travail GTj- 1 de la machine qui la précède, et transfère la chaleur libérée par la condensation de son propre fluide de travail GTj à la machine qui la suit, lesdits fluides GT;. i et GT1 pouvant être identiques ou différents ; chaque machine échange une quantité de travail avec l'environnement ; étant entendu que les machines sont toutes motrices ou toutes réceptrices et que : lorsque toutes les machines sont motrices, la chaleur fournie à la lere machine est à la température Tj1 et la chaleur libérée par la dernière machine est à la température Tb <Th, et un travail net est fourni à l'environnement ; lorsque toutes les machines sont réceptrices, la chaleur fournie à la lère machine est à la température Tb et la chaleur libérée par la dernière machine est à la température Th supérieure à la fois à Tb et à la température de l'environnement, et un travail net est fourni par l'environnement .27. The method of claim 19, implemented in an installation comprising a first and a last modified Carnot machines, and optionally at least one modified Carnot machine intermediate between said first and last modified Carnot machines, the modified Carnot machines. being coupled thermally, characterized in that: - the 1 st machine is supplied with heat for the evaporation of a working fluid P GT and the last machine releases to the environment the heat generated by the condensation of a working fluid GTa, said fluids GT P and GT d being identical or different; where appropriate, each intermediate machine receives the heat released by the condensation of the working fluid GTj -1 of the machine which precedes it, and transfers the heat released by the condensation of its own working fluid GTj to the machine which follows it, said GT fluids; i and GT 1 may be identical or different; each machine exchanges a quantity of work with the environment; it being understood that the machines are all-wheel or all receiving and that: when all machines are driven, the heat supplied to the era machine temperature Tj 1 and the heat released by the last machine is at temperature T b < T h , and a net job is provided to the environment; when all the machines are receiving, the heat supplied to the Machine era at temperature T b and the heat released by the last machine is at temperature T h higher than both T b and the temperature of the environment , and a net job is provided by the environment.
28. Procédé mis en œuvre dans une installation selon la revendication 3 pour la production de chaleur à une température Tb et/ou de travail, caractérisé en ce que, à partir d'un état initial dans lequel d'une part le fluide de travail Gτ est maintenu dans l'évaporateur Evap à haute température et dans le condenseur Cond à basse température par échange de chaleur respectivement avec la source chaude à Th et le puits froid à Tb <[\, et d'autre part tous les circuits de communication de Gτ et du liquide de transfert Lτ sont obturés ; - à l'instant tα, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT', on ouvre le circuit de Ly entre CT' et l'amont du moteur hydraulique MH, et on actionne la pompe auxiliaire PHA2, de sorte que :28. Process implemented in an installation according to claim 3 for producing heat at a temperature T b and / or working, characterized in that, from an initial state in which on the one hand the fluid of work G τ is maintained in the evaporator Evap at high temperature and in the condenser Cond at low temperature by heat exchange respectively with the hot source at Th and the cold well at T b <[\, and secondly all the communication circuits of G τ and transfer liquid L τ are closed; at the moment t α , the circuit of G T is opened between Evap and CT ', the circuit of Ly is opened between CT' and the upstream of the hydraulic motor MH, and the auxiliary pump PHA 2 is actuated, so that than :
* le fluide de travail Gτ s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT' et refoule Lj à un niveau intermédiaire J ;* G τ working fluid evaporates in Evap and the saturated vapor G exiting Evap τ of the high pressure P h, enters CT 'and discharges at an intermediate level Lj J;
* Lτ passe à travers MH en se détendant, puis Lj est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD ; à l'instant tβ, on ouvre le circuit de Gτ entre ABCD et Evap de sorte que le fluide de travail Gx est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur. - à l'instant tγ, on ferme le circuit de Gτ entre Evap et CT' d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, on arrête la pompe auxiliaire PHA2, on ouvre le circuit de Gτ entre Cond et ABCD d'une part, entre CT et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit de Lτ entre CT et ABCD, de sorte que :* L τ passes through MH while relaxing, then Lj is sucked by PHA 2 and forced to ABCD; at time t β , the circuit of G τ is opened between ABCD and Evap so that the working fluid Gx is introduced in the liquid state into the evaporator. at the moment t γ , the circuit of G τ between Evap and CT 'is closed on the one hand, between ABCD and Evap on the other hand, the auxiliary pump PHA 2 is stopped, the circuit of G τ is opened between Cond and ABCD on the one hand, between CT and Cond on the other hand, and the circuit of L τ between CT and ABCD is opened, so that:
* La vapeur de Gτ contenue dans CT' continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lτ jusqu'au niveau bas dans CT' puis à travers* The vapor of G τ contained in CT 'continues to expand, adiabatically, and represses L τ to the low level in CT' then through
MH vers CT ;MH to CT;
* l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et Lτ qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule vers CT ;the enclosure ABCD in communication with Cond is brought back to the low pressure and L τ that it contains in its lower part flows towards CT;
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT se condensent dans Cond ; - à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tγ, on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT, on ouvre le circuit de Lτ entre CT et l'amont du moteur hydraulique MH, et on actionne la pompe auxiliaire PHA2, de sorte que :the vapors of G τ contained in CT condense in Cond; at the moment t δ , all the open circuits are closed at the instant t γ , the circuit of G τ is opened between Evap and CT, the circuit of L τ is opened between CT and the upstream of the hydraulic motor MH , and the auxiliary pump PHA 2 is actuated, so that:
* la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT et refoule Lx à un niveau intermédiaire J ;the saturated vapor of G T leaving Evap at the high pressure P h , penetrates into CT and delivers L x to an intermediate level J;
* LT passe à travers MH en se détendant, puis Lx est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD. à l'instant tε, on ouvre le circuit de Gx entre ABCD et Evap de sorte que le fluide de travail Gτ est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur.; - à l'instant tλ on ferme le circuit de Gτ entre Evap et CT d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, on arrête la pompe auxiliaire PHA2, on ouvre le circuit de Gτ entre Cond et ABCD d'une part, entre CT1 et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit de Lτ entre CT1 et ABCD, de sorte que :* L T passes through MH while relaxing, then L x is sucked by PHA 2 and fed back to ABCD. at time t ε , the circuit of G x is opened between ABCD and Evap so that the working fluid G T is introduced in the liquid state into the evaporator; at the instant t λ, the circuit of G τ between Evap and CT is closed on the one hand, and the auxiliary pump PHA 2 is switched off between ABCD and Evap. circuit of G τ between Cond and ABCD on the one hand, between CT 1 and Cond on the other hand, and the circuit of L τ between CT 1 and ABCD is opened, so that:
* La vapeur de Gτ contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lτ jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT*.* The vapor of G τ contained in CT continues to expand, adiabatically, and represses L τ to the low level in CT and then through MH to CT *.
* l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et Lτ qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule vers CT ' ;the enclosure ABCD in communication with Cond is brought back to the low pressure and L τ that it contains in its lower part flows towards CT ';
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT ' se condensent dans Cond ; étant entendu qu'après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime perma- nent dans lequel la source chaude fournit en continu de la chaleur à la température Tj1 au niveau de l'évaporateur Evap, de la chaleur est délivrée en continu par le condenseur Cond au puits froid à la température Tb, et du travail est délivré en continu par la machine.the vapors of G τ contained in CT 'condense in Cond; it being understood that after several cycles, the plant operates at a steady state in which the hot source continuously supplies heat at the temperature Tj 1 at the evaporator Evap, heat is delivered continuously by the condenser Cond cold well at temperature T b , and work is continuously delivered by the machine.
29. Procédé de production de chaleur à une température Tb et/ou de travail, mis en œuvre dans une installation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, à partir d'un état initial dans lequel le fluide de travail Gx est maintenu dans l'évaporateur Evap à haute température et dans le condenseur Cond à basse température par échange de chaleur respectivement avec la source chaude à Tj, et le puits froid à Tb, et tous les circuits de communication du fluide de travail Gτ et du liquide de transfert LT sont obturés, à l'instant to on actionne la pompe hydraulique auxiliaire PHA1 et on ouvre le circuit de Gτ entre Cond et Evap de sorte qu'une partie de Gj, à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi est aspiré par29. A method for producing heat at a temperature T b and / or working, implemented in an installation according to claim 2, characterized in that, from an initial state in which the working fluid Gx is maintained in the evaporator Evap at high temperature and in the condenser Cond at low temperature by heat exchange respectively with the hot source at Tj, and the cold well at T b , and all the communication circuits of the working fluid G τ and the transfer liquid L T are closed, at time t o is actuated PHA auxiliary hydraulic pump 1 and is opened G τ circuit between Evap Cond and so that a portion of Gj, to the saturated liquid state or subcooled is sucked by
PHA1 dans la partie inférieure du condenseur Cond, et refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap où il se réchauffe, puis on soumet Gj à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes : à l'instant tα,. lorsque, au cours du premier cycle d'action, il reste du Gx liquide dans le condenseur, on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT ' d'une part, entre CT et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit permettant le transfert de Lx de CT ' vers CT en passant par le moteur hydraulique MH, de sorte que :PHA 1 in the lower part of condenser Cond, and pumped back to the state of sub-cooled liquid in Evap where it heats up, then Gj is subjected to a succession of modified Carnot cycles, each of which comprising the following steps: instant t α,. when, during the first action cycle, there remains liquid Gx in the condenser, the circuit of G τ is opened between Evap and CT 'on the one hand, between CT and Cond on the other hand, and the circuit allowing the transfer of Lx from CT 'to CT via the hydraulic motor MH, so that:
* Gτ se réchauffe et s'évapore dans Evap, et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT' et refoule Lτ à un niveau intermédiaire J ;* G τ warms up and evaporates in Evap, and the saturated vapor of G τ leaving Evap at the high pressure P h , enters CT 'and forces L τ to an intermediate level J;
* Lx passe à travers MH en se détendant, puis Lx est refoulé vers CT jusqu'au niveau intermédiaire I; * les vapeurs de GT contenues dans CT et refoulées par LT se condensent dans Cond ;* Lx passes through MH while relaxing, then Lx is pushed to CT to intermediate level I; * G T vapor contained in CT and discharged by L T condense in Cond;
* Gτ à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap ; à l'instant tp, on ferme le circuit de Gj entre Evap et CT1 de sorte que :* G τ in the saturated or subcooled liquid state arrives in the lower part of the Cond condenser where it is sucked as and by PHAi, then discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap; at the moment tp, the circuit of Gj is closed between Evap and CT 1 so that:
* La vapeur de Gτ contenue dans CT' continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lx jusqu'au niveau bas dans CT' puis à travers MH vers CT où il atteint le niveau haut; * le reste des vapeurs de Gτ contenues dans CT et refoulées par le liquide* The vapor of G τ contained in CT 'continues to expand, adiabatically, and drives Lx to the low level in CT' then through MH to CT where it reaches the high level; the rest of the G T vapor contained in CT and discharged by the liquid
Ly se condensent dans Cond;Ly condense in Cond;
* Gτ à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap. - à l'instant tγ, on ferme les circuits ouverts à l'instant tp, excepté celui permettant le transfert de GT entre Cond et Evap, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT d'une part, entre CT' et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit permettant le transfert de Lτ de CT vers CT' en passant par le moteur hydraulique MH, de sorte que : * GT se réchauffe et s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT et refoule Lτ à un niveau intermédiaire J ;* G τ in the saturated or subcooled liquid state arrives in the lower part of the Cond condenser where it is sucked as and by PHAi, then discharged to the state of sub-cooled liquid in Evap. at the instant t γ , the open circuits are closed at the instant tp, except that allowing the transfer of G T between Cond and Evap, the circuit of G T is opened between Evap and CT on the one hand, between CT 'and Cond other, and opens the circuit for transferring L τ TC to CT' passing through the hydraulic motor MH, so that: G * T heats up and evaporates in Evap and steam saturated G T leaving Evap at high pressure P h , enters CT and represses L τ at an intermediate level J;
* LT passe à travers MH en se détendant, puis LT est refoulé vers CT' jusqu'au niveau intermédiaire I; * les vapeurs de GT contenues dans CT' et refoulées par le liquide LT se condensent dans Cond ;* L T passes through MH while relaxing, then L T is pumped to CT 'up to intermediate level I; the vapors of G T contained in CT 'and discharged by the liquid L T condense in Cond;
* Gτ à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap ; - à l'instant tδ, on ferme le circuit de GT entre Evap et CT de sorte que :* G τ in the saturated or subcooled liquid state arrives in the lower part of the Cond condenser where it is sucked as and by PHAi, then discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap; at time t δ , the circuit of G T between Evap and CT is closed so that:
* La vapeur de G7 contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule Lj jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT' où il atteint le niveau haut;* The G 7 vapor contained in CT continues to expand, adiabatically, and drives Lj to the low level in CT and then through MH to CT 'where it reaches the high level;
* le reste des vapeurs de Gτ contenues dans CT' et refoulées par le liquide LT se condensent dans Cond; * Gτ à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi arrive dans la partie inférieure du condenseur Cond où il est aspiré au fur et à mesure par PHAi et enfin refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap. étant entendu qu'après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent dans lequel la source chaude fournit en continu de la chaleur à haute température Th au niveau de l'évaporateur Evap, de la chaleur est délivrée en continu par le condenseur Cond au puits froid à Tb et du travail est délivré en continu par la machine.the rest of the vapors of G τ contained in CT 'and discharged by the liquid L T condense in Cond; * G τ in the saturated or sub-cooled liquid state arrives in the lower part of the Cond condenser where it is sucked as and by PHAi and finally discharged in the state of sub-cooled liquid in Evap. it being understood that after several cycles, the installation operates at a steady state in which the hot source continuously supplies heat at high temperature T h at the evaporator Evap, heat is delivered continuously by the condenser Cond to the cold well at T b and work is delivered continuously by the machine.
30. Procédé de gestion d'une installation selon la revendication 5 à partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail30. The method of managing an installation according to claim 5 from an initial state in which all the communication circuits of the working fluid.
Gτ et du liquide de transfert Lτ sont obturés, caractérisé en ce que, à l'instant tΛ on actionne la pompe hydraulique PH, puis on soumet GT à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes : à l'instant tα on ouvre les circuits de Lτ permettant d'une part le transfert de Lτ depuis l'enceinte ABCD vers l'amont de la pompe hydraulique PH, d'autre part le transfert de Lτ depuis CT vers CT' par la pompe hydraulique PH, de sorte que :G τ and transfer liquid L τ are closed, characterized in that, at time t Λ, the hydraulic pump PH is actuated, then G T is subjected to a succession of modified Carnot cycles, each of which comprises the following steps at the instant t α, the circuits of L τ are opened, allowing on the one hand the transfer of L τ from the enclosure ABCD upstream of the hydraulic pump PH, on the other hand the transfer of L τ from CT to CT 'by the hydraulic pump PH, so that:
* Gτ à l'état d'équilibre liquide/vapeur dans ABCD et dans CT se détend de la pression haute Ph à la pression basse Pb et refoule Lτ à travers PH dans CT';* G τ at the liquid / vapor equilibrium state in ABCD and in CT expands from the high pressure P h to the low pressure P b and delivers L τ through PH in CT ';
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT' sont comprimées adiabatiquement. à l'instant tp on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, de sorte que: * le liquide de transfert LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT';the vapors of G τ contained in CT 'are compressed adiabatically. at the moment tp the circuit of G T between Evap and CT is opened on the one hand, between ABCD and Evap on the other hand, so that: * the transfer liquid L T is sucked by the pump PH which pressurizes it and represses it in CT ';
* les niveaux de Lτ dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de haut à bas, haut à un niveau intermédiaire J et bas à un niveau intermédiaire I; * du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT augmente,the levels of L τ in ABCD, CT and CT 'respectively go from high to low, high to intermediate J and low to intermediate level I; * because the volume occupied by the vapors of G τ in CT increases,
GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT;G T evaporates in Evap and the saturated G T vapor leaving Evap at low pressure P b enters CT;
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT' continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Pj1; * Gτ à l'état de liquide saturé à la pression basse Pb s'écoule par gravité de* G τ vapor contained in CT 'continue to be compressed adiabatically up to the high pressure Pj 1 ; * G τ in the state of liquid saturated with the low pressure P b flows by gravity of
ABCD vers Evap. à l'instant ty on ferme le circuit de Gτ entre ABCD et Evap, on ferme le circuit de Lτ entre ABCD et l'amont de la pompe PH, on ouvre le circuit de Gτ entre CT' et Cond d'une part, entre Cond et ABCD d'autre part, et on ouvre le circuit de Lτ entre l'aval de la pompe PH et ABCD, de sorte que : * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT';ABCD to Evap. at the instant ty we close the circuit of G τ between ABCD and Evap, we close the circuit of L τ between ABCD and the upstream of the pump PH, we open the circuit of G τ between CT 'and Cond of a On the other hand, between Cond and ABCD, and the circuit of L τ is opened between the downstream of the pump PH and ABCD, so that: * L T is still sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT ';
* les niveaux de Lτ dans ABCD, CT et CT1 passent respectivement de bas à haut, du niveau intermédiaire J à bas, et du niveau intermédiaire I à haut; * du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT continue à augmenter, Gτ s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gx sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT;the levels of L τ in ABCD, CT and CT 1 respectively go from low to high, from intermediate level J to low, and from intermediate level I to high; * because the volume occupied by the vapor of G τ in CT continues to increase, G τ evaporates in Evap and the saturated vapor of G x leaving Evap at the low pressure P b enters CT;
* les vapeurs de Gy contenues dans CT', à haute pression Ph, sont refoulées par LT et se condensent dans Cond; * Gx à l'état de liquide saturé s'écoule par gravité de Cond vers ABCD. à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tγ, on ouvre les circuits de Lτ permettant le transfert de Lτ d'une part depuis l'enceinte ABCD vers l'amont de la pompe hydraulique PH, et d'autre part depuis CT' vers CT en passant par la pompe hydraulique PH, de sorte que : * Gτ à l'état d'équilibre liquide/vapeur dans ABCD et dans CT' se détend de la pression haute Pj1 à la pression basse Pb et refoule LT à travers PH dans CT;the Gy vapors contained in CT ', at high pressure P h , are discharged by L T and condense in Cond; * Gx in the saturated liquid state flows by gravity from Cond to ABCD. at the moment t δ , all the open circuits are closed at the instant t γ , the circuits of L τ are opened allowing the transfer of L τ on the one hand from the enclosure ABCD upstream of the hydraulic pump PH, and secondly from CT 'to CT through the hydraulic pump PH, so that: * G τ at the equilibrium liquid / vapor state in ABCD and in CT' relaxes from the high pressure Pj 1 at low pressure P b and delivers L T through PH in CT;
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement. à l'instant tε, on ouvre le circuit de G1 entre Evap et CT1 d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, de sorte que :the vapors of G τ contained in CT are compressed adiabatically. at the instant t ε , the circuit of G 1 is opened between Evap and CT 1 on the one hand, and between ABCD and Evap on the other hand, so that:
* LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;* L T is sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT;
* les niveaux de L7 dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de haut à bas, bas à un niveau intermédiaire I, et haut à un niveau intermédiaire* the levels of L 7 in ABCD, CT and CT 'go respectively from high to low, low to intermediate level I, and high to intermediate level
J ; * du fait que le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' augmente,J; * because the volume occupied by the vapors of G T in CT 'increases,
Gx s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT1 ;G x evaporates in Evap and the saturated vapor G exiting Evap τ pressure low P b enters CT 1;
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute P11 ; * Gτ à l'état de liquide saturé à la pression basse Pb s'écoule par gravité de* G τ vapor contained in CT continue to be compressed adiabatically to the high pressure P 11 ; * G τ in the state of liquid saturated with the low pressure P b flows by gravity of
ABCD vers Evap ; à l'instant tλ on ferme le circuit de Gτ entre ABCD et Evap, on ferme le circuit de Lτ entre ABCD et l'amont de la pompe PH, on ouvre le circuit de Gτ entre CT et Cond d'une part, entre Cond et ABCD d'autre part, et on ouvre le circuit de Lτ entre l'aval de la pompe PH et ABCD, de sorte que : * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dansABCD to Evap; at the instant t λ, the circuit of G τ is closed between ABCD and Evap, the circuit of L τ is closed between ABCD and the upstream of the pump PH, the circuit of G τ is opened between CT and Cond of a On the other hand, between Cond and ABCD, and the circuit of L τ is opened between the downstream of the pump PH and ABCD, so that: * L T is still sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in
CT;CT;
* les niveaux de Lx dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de bas à haut, du niveau intermédiaire I à haut, et du niveau intermédiaire J à bas; * du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT1 continue à augmenter, Gj s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT1;* Lx levels in ABCD, CT and CT 'respectively go from low to high, from intermediate level I to high, and from intermediate level J to low; * because the volume occupied by the vapor of G τ in CT 1 continues to increase, G i evaporates in Evap and the saturated vapor of G T leaving Evap at the low pressure P b enters CT 1 ;
* les vapeurs de Gj contenues dans CT, à haute pression Ph, sont refoulées par Lτ et se condensent dans Cond; * Gτ à l'état de liquide saturé s'écoule par gravité de Cond vers ABCD. étant entendu qu'après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent, et que : pour la production de froid, à l'état initial, Gτ est maintenu dans le condenseur Cond à haute température par échange de chaleur avec le puits chaud à Th, et dans l'évaporateur Evap à une température inférieure ou égale à Th par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température Th, et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud à haute température Th, et de la chaleur est consommée en continu par l'évaporateur Evap, avec production de froid vers le milieu extérieur en contact avec ledit évaporateur Evap, la température Tb dudit milieu extérieur étant inférieure strictement à Th ;- pour la production de chaleur,à l'état initial, Gj est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, Gτ est maintenu dans le condenseur Cond à une température Th >* Gj vapor contained in CT, at high pressure P h , are discharged by L τ and condense in Cond; * G τ in the saturated liquid state flows by gravity from Cond to ABCD. it being understood that after several cycles, the installation operates at a steady state, and that: for the cold production, in the initial state, G τ is maintained in the condenser Cond at high temperature by heat exchange with the well heated to T h , and in the evaporator Evap at a temperature less than or equal to T h by heat exchange with an external medium to the machine, said medium initially having a temperature T h , and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the Cond condenser continuously discharges heat to the hot well at high temperature T h , and heat is continuously consumed by the evaporator Evap, with production of cold to the external environment in contact with said evaporator Evap, the temperature T b of said external medium being less than T h - for the production of heat, in the initial state, G i is maintained in the evaporator Evap at low temperature ure by heat exchange with the cold source at T b , G τ is maintained in the condenser Cond at a temperature T h >
Tb par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température > Th ; et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, la source froide à Tb apporte de la chaleur en continu à l'évaporateur Evap, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud, l'installation produisant de la chaleur vers le milieu extérieur en contact avec ledit condenseur Cond, le milieu extérieur ayant une température Th > Tb. T b by heat exchange with an external medium to the machine, said medium initially having a temperature> T h ; and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the cold source at T b brings heat continuously to Evap Evaporator, Cond Cond condenser continuously discharges heat to the hot well, the installation producing heat towards the external environment in contact with said condenser Cond, the external medium having a temperature T h > T b .
31. Procédé de gestion d'une installation selon la revendication 4, à partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail Gτ et du liquide de transfert Lτ sont obturés, caractérisé en ce que, à l'instant X0 on actionne la pompe hydraulique PH et ouvre le circuit de Gτ entre Cond et Evap, et l'on soumet GT à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes : à l'instant tα on ouvre le circuit de LT permettant le transfert de Lx depuis l'enceinte CT vers l'enceinte CT' en passant par la pompe hydraulique PH, et on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT, de sorte que : * Lτ est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT' ;31. Method for operating an installation according to claim 4, starting from an initial state wherein all communication circuits G τ working fluid and the transfer liquid L τ are closed, characterized in that, at the instant X 0, the hydraulic pump PH is actuated and the circuit of G τ between Cond and Evap is opened, and G T is subjected to a succession of modified Carnot cycles, each of which comprises the following steps: instantaneously t α opens the L T circuit allowing the transfer of Lx from the CT chamber to the CT 'enclosure through the hydraulic pump PH, and opens the circuit of G T between Evap and CT, so that: * L τ is sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT ';
* le niveau de Lτ dans CT passe de haut à un niveau intermédiaire J, et dans CT' de bas à un niveau intermédiaire I ;* the level of L τ in CT goes from high to intermediate level J, and in CT 'from low to intermediate level I;
* du fait que le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT augmente, GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT ;* because the volume occupied by the vapors of G T in CT increases, G T evaporates in Evap and the saturated vapor of G T leaving Evap at the low pressure P b enters CT;
* les vapeurs de GT contenues dans CT' sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph;the vapors of G T contained in CT 'are compressed adiabatically to the high pressure P h ;
* Gτ à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi dans Cond et à la pression haute Ph se détend de façon isenthalpique et est introduit à l'état de mélange biphasique liquide/vapeur et à la pression basse Pb dans l'évaporateur Evap. à l'instant tp on ouvre le circuit de GT entre CT' et Cond, de sorte que :* G τ in the state of saturated or supercooled liquid in Cond and the high pressure P h isenthalpically expanded and is introduced in the state of two-phase liquid / vapor mixture and the low pressure P b in the Evap Evaporator. at the moment tp, the circuit of G T is opened between CT 'and Cond, so that:
* Lx est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT'; * le niveau de Lτ dans CT passe du niveau intermédiaire J à bas, et dans* L x is still sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT '; * the level of L τ in CT goes from intermediate level J to low, and in
CT' du niveau intermédiaire I à haut ;CT 'from intermediate level I to high;
* du fait que le volume occupé par les vapeurs de Gτ dans CT continue à augmenter, GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT; * les vapeurs de Gτ contenues dans CT', à haute pression Ph, sont refoulées par LT et se condensent dans Cond. à l'instant I7, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tp, excepté le circuit de Gτ entre Cond et Evap, on ouvre le circuit de Lτ permettant le transfert de LT depuis CT' vers CT en passant par la pompe hydraulique PH, et on ouvre le circuit de Gτ entre Evap et CT', de sorte que :* That the volume occupied by the vapors in G τ CT continues to increase, G T evaporates in Evap and the saturated vapor G exiting T Evap pressure low P b enters CT; the vapors of G τ contained in CT ', at high pressure P h , are discharged by L T and condense in Cond. at time I 7 , all the open circuits are closed at time tp, except for the circuit of G τ between Cond and Evap, the circuit of L τ is opened allowing the transfer of L T from CT 'to CT by passing by the hydraulic pump PH, and the circuit of G τ is opened between Evap and CT ', so that:
* Lτ est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ; * le niveau de Lτ dans CT passe de bas à un niveau intermédiaire I, et dans CT1 de haut à un niveau intermédiaire J ;* L τ is sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT; * the level of L τ in CT goes from low to intermediate level I, and in CT 1 from high to intermediate level J;
* le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' augmentant, le fluide de travail Gτ s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de Gτ sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT' ;* The volume occupied by the G T vapor in CT 'increases, the G τ working fluid evaporates in Evap and the saturated vapor G exiting Evap τ of the low pressure P b enters CT';
* les vapeurs de Gτ contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;* G τ vapor contained in CT are compressed adiabatically to the high pressure P h ;
* Gj à l'état de liquide saturé ou sous-refroidi dans Cond et à la pression haute Ph se détend de façon isenthalpique et est introduit à l'état de mélange biphasique liquide/vapeur et à la pression basse Pb dans l'évaporateur Evap ; à l'instant t§, on ouvre le circuit de GT entre CT et Cond, de sorte que :* Gj in the state of saturated liquid or sub-cooled in Cond and the high pressure P h isenthalpically relaxes and is introduced in the state of biphasic liquid / vapor mixture and the low pressure P b in the Evap Evaporator; at the moment t§, the circuit of G T is opened between CT and Cond, so that:
* LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ; * le niveau de Lτ dans CT passe du niveau intermédiaire I à haut, et dans* L T is still sucked by the pump PH which pressurizes and represses it in CT; * the level of L τ in CT goes from intermediate level I to high, and in
CT' du niveau intermédiaire J à bas ;CT 'from intermediate level J to low;
* du fait que le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' continue à augmenter, GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression faible Pb pénètre dans CT' ; * les vapeurs de GT contenues dans CT, à haute pression Ph, sont refoulées par Lτ et se condensent dans Cond ; étant entendu qu'après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent, et que : pour la production de froid : à l'état initial, Gτ est maintenu dans le condenseur Cond à haute température par échange de chaleur avec le puits chaud à Th, et dans l'évaporateur Evap à une température inférieure ou égale à Th par échange de chaleur avec un milieu externe à la machine, ledit milieu ayant initialement une température < Th ; et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, le condenseur Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud à haute température Th, et de la chaleur est consommée en continu par l'évaporateur Evap, c'est-à-dire qu'il y a une production de froid vers le milieu extérieur en contact avec ledit évaporateur Evap, la température Tb dudit milieu extérieur étant < Th ; pour la production de chaleur : à l'état initial, GT est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, dans le condenseur Cond à une température > Th par échange de chaleur avec un milieu externe à l'installation à une température > Th ; et en régime permanent, un travail net est consommé par la pompe hydraulique PH, la source froide à Tb apporte de la chaleur en continu à Evap, et Cond évacue en continu de la chaleur vers le puits chaud, c'est-à-dire qu'il y a une production de chaleur vers le milieu extérieur en contact avec Cond, la température T1, dudit milieu extérieur étant supérieure à Tb. * because the volume occupied by the vapor of G T in CT 'continues to increase, G T evaporates in Evap and the saturated vapor of G T leaving Evap at the low pressure P b enters CT'; * G T vapor contained in CT, high pressure P h, are suppressed by L τ and condense in Cond; it being understood that after several cycles, the installation operates at a steady state, and that: for the production of cold: in the initial state, G τ is maintained in the condenser Cond at high temperature by heat exchange with the well hot at T h , and in the evaporator Evap at a temperature less than or equal to T h by heat exchange with a medium external to the machine, said medium initially having a temperature <T h ; and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the condenser Cond continuously discharges heat to the hot well at high temperature T h , and heat is consumed continuously by Evap Evaporator, c that is, there is a production of cold to the external environment in contact with said evaporator Evap, the temperature T b of said external medium being <T h ; for the production of heat: in the initial state, G T is maintained in the evaporator Evap at low temperature by heat exchange with the cold source at T b , in the condenser Cond at a temperature> T h by heat exchange with an environment external to the installation at a temperature> T h ; and in steady state, a net work is consumed by the hydraulic pump PH, the cold source at T b brings heat continuously to Evap, and Cond continuously discharges heat to the hot well, that is to say that there is a production of heat towards the external environment in contact with Cond, the temperature T 1 , of said external medium being greater than T b .
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