EP2283210B1 - Installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail - Google Patents

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EP2283210B1
EP2283210B1 EP09754052.0A EP09754052A EP2283210B1 EP 2283210 B1 EP2283210 B1 EP 2283210B1 EP 09754052 A EP09754052 A EP 09754052A EP 2283210 B1 EP2283210 B1 EP 2283210B1
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EP
European Patent Office
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evap
heat
cond
abcd
working fluid
Prior art date
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Active
Application number
EP09754052.0A
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German (de)
English (en)
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EP2283210A2 (fr
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
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Publication of EP2283210B1 publication Critical patent/EP2283210B1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/005—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for by means of hydraulic motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/04—Plants 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours

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 G T from a hot source at the temperature T h
  • the heat Q b is transferred by the working fluid G T 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 G T at the cold source T b
  • the heat Q h is transferred by the working fluid to the hot well at the temperature T h 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 document WO97 / 16629 describes for example an electrical production device by moving a liquid through a hydraulic motor. The displacement of the liquid is obtained by pressurizing a chamber to another depressurized chamber at lower pressure.
  • 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 operates with a change of state liquid / vapor of the working fluid to maintain the advantage of the small required contact areas, while substantially limiting the 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.
  • 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 amended and 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 modified Carnot cycle and the modified Carnot machine are called " 2nd type".
  • 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 modified Carnot machine may also have a configuration that allows, depending on the user's choice, 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.
  • 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 L T are preferably chosen such that G T is poorly soluble, preferably insoluble in L T , that G T does not react with L T and that G T at liquid state is less dense than L T.
  • Said means may for example consist of interposing between G T 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 consists of a float which has a density intermediate between that of the working fluid G T in the liquid state and that of the transfer liquid L T.
  • 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.
  • the transfer liquid L T is chosen from liquids which have a low saturation vapor pressure at the operating temperature of the installation, in order to avoid, in the absence of a separating membrane as described above, the limitations due to diffusion of the G T vapors through the L T vapor at the condenser or evaporator.
  • L T may 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 G T 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.
  • the figure 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 on the ordinate, in logarithmic scale, as a function of the temperature T (in ° C) given as abscissa.
  • 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 'chambers in the biphasic liquid / vapor mixture state at the end of the adiabatic expansion stage for the engine cycle or adiabatic compression for the receiver cycle.
  • the liquid phase of G T accumulates at the interface between G T and L T.
  • 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 T in these speakers.
  • This elimination can be performed 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. work G T , in the liquid state in the condenser, so that there is no liquid G T 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 transfer chambers CT and CT '.
  • 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 T in the liquid state saturated or subcooled liquid, for example a hydraulic auxiliary pump PHA 1 .
  • the DPD device pressurizing or relaxing comprises firstly a compression chamber / ABCD relaxation and transfer means which are associated on the other hand an auxiliary hydraulic pump PHA 2 which pressurizes the hydraulic transfer fluid L 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 G T.
  • This change in volume causes a displacement of the liquid L T which drives a hydraulic motor or is caused by a displacement of the liquid L T 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.
  • the figure 2 is a diagrammatic view of a 2nd type modulated powered Carnot machine, which includes an Evap evaporator, a Cond condenser, an ABCD isentropic compression / expansion chamber, a MH hydraulic motor, a PHA 2 auxiliary hydraulic pump and two enclosures 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 L T. Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled valves.
  • the evaporator Evap and the condenser Cond exclusively contain the fluid G T 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 T.
  • ABCD is connected to Cond and Evap by circuits containing G T 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 T and closable respectively by solenoid valves EV 2 and EV 2' .
  • the shutter 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 T is always connected to the motor MH at the same input (on the right in FIG. figure 2 ) and the transfer liquid L T at low pressure is always connected to the motor MH at the same output (on the left in the 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 at the input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L T 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 T 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 h and EV b' are closed; the transfer liquid flows through MH from right to left.
  • the high pressure is in CT and the low pressure is in CT '
  • the solenoid valves EV h' and EV b are closed and the solenoid valves EV h and EV b ' are open, but the transfer liquid crosses 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 L T and comprising two branches in parallel the auxiliary hydraulic pump PHA 2 and the solenoid valve EV r.
  • L T flows from MH to ABCD, it is pressurized by PHA 2 and EV r is closed.
  • L T flows from ABCD to MH it flows by gravity, EV r is open and PHA 2 is stopped.
  • the transfer liquid L T is finally transferred to CT or CT ', it is necessary that ABCD is above the speakers CT and CT'.
  • 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.
  • the figure 3 represents the Mollier diagram of the engine modified Carnot cycle followed by the working fluid G T.
  • the isentropic expansion stage of the saturated steam at the outlet of the evaporator can lead to a biphasic mixture or to superheated steam.
  • the case of two-phase mixing is represented by the trajectory between points "c" and “d” in dashed line 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 the points "c vs " and "d vs " in dashed line.
  • the heat exchange can be done in a heat exchanger integrated in the circuit of L T , said L T exchanging in turn with G T at their interface in CT and CT '.
  • the exchange can further be performed at the sidewall of CT and CT '. This latter possibility is represented in the figure 2 , on which heat at the temperature T i is supplied to C T.
  • the engine modified Carnot cycle is constituted by 4 successive phases beginning respectively at the instants t ⁇ , t ⁇ , t ⁇ and t ⁇ . It is described hereinafter with reference to the cycle abcd vs -ea of the Mollier diagram represented on the figure 3 . The principle is identical for the cycle abc vs -d vs -ea.
  • the level of L T is low (denoted B) in ABCD and the cylinder CT, and high (denoted II) in the cylinder CT '.
  • the saturation vapor pressure of G T 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 represented schematically in figure 2 .
  • Phase ⁇ (between times t ⁇ and t ⁇ )
  • 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.
  • the modified motor Carnot machine of 2 nd type is found in the ⁇ state of the cycle described above.
  • the various thermodynamic transformations followed by the fluid G T (with the transformation d ⁇ d vs considered optional) and the levels of the transfer liquid L T 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.
  • 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 under pressure in the evaporator then a sudden drop at times t ⁇ and t ⁇ reopening valve EV 1 or EV 1 ' .
  • the figure 4 represents the Mollier diagrams for three cycles of Carnot modified engines of the 2nd type, namely the cycles a "-b" -c "-d vs -e" -a ", a'-b'-c'-d vs -e'-a 'and -a abcd vs. These three cycles have the same temperature T b T G in the condenser and increasing G T temperature in the evaporator, respectively to T "h, T' and T h h .
  • the dashed line curves are curves with constant mass volume.
  • 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.
  • ⁇ T max a certain value of one of the temperatures (T h or T b ) and the selected working fluid G T.
  • 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 (solenoid 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 working fluid G T is subjected to a succession of cycles comprising the following steps :
  • 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 an auxiliary hydraulic pump PHA 1 and a solenoid valve EV 3 in series.
  • the figure 5 is a schematic representation of the device.
  • the elements identical to those of the 2nd type motor machine 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 T in the saturated liquid state at the outlet of the condenser Cond is directly pressurized by the pump PHA 1 and introduced into the evaporator Evap.
  • the stages of the engine modified Carnot cycle of the 1st type are described below for the points which differ from what has been described above for the engine modified Carnot cycle of the 2nd type in its general configuration.
  • the first cycle is carried out from an initial state in which the working fluid G T 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 T and the transfer liquid L T are closed.
  • the level of L T is low (denoted B) in the cylinder CT, and high (denoted H) in the cylinder CT '.
  • 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 that is schematically represented in the figure 5 .
  • auxiliary hydraulic pump PHA 1 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 G T in Evap is continuously compensated by the liquid G T contributions from the condenser so that the level of liquid G T in the evaporator is approximately constant.
  • 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 reversed.
  • 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.
  • the point “e” is always between the points “a” and “d vs " in the Mollier diagram and the temperatures T b and T h can be set completely independently without affecting the operation of the Carnot machine modified motor of 1st type.
  • the Carnot machine motor Amended 1st type is simpler in its functioning and comprises fewer components.
  • the transformation b ⁇ b l generates significant irreversibilities which has an adverse effect on the efficiency of the cycle.
  • 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 T 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 T. This variation 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.
  • 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 it is necessary for the pressurizing and expansion device to be an ABCD adiabatic compression / expansion bottle 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 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 G T. This variation 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.
  • the figure 7 represents a schematic view of a 2nd type receiving modified Carnot machine which comprises an evaporator Evap, a condenser Cond, an isentropic compression / expansion chamber ABCD, a hydraulic pump PH and two transfer enclosures CT and CT '. 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 L T. Said circuits comprise different branches that can be closed by controlled means or not.
  • 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 T in general in the state of liquid / vapor mixture. However, depending on the working fluid G T and the temperature T h of the hot well, said working fluid G T can be in the supercritical range at T h and under these conditions Cond condenser contains only G T in the state gaseous.
  • the PH pump is traversed exclusively by liquid L T.
  • the elements ABCD, CT and CT ' constitute the interfaces between the two circuits (G T and L T ). 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 T 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 T and closable respectively by solenoid valves EV 2 and EV 2' .
  • the pump PH is connected at the input (or upstream) to CT and CT 'by a circuit containing L T 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 T 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.
  • ABCD is connected in its lower part by two branches in parallel with the circuit containing the transfer liquid L T.
  • the branch closable by the solenoid valve EV i is connected to the high pressure circuit of L T
  • 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).
  • 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 EM 1
  • another magnetic clutch EM 2 allows the coupling to other motors such as a hydraulic turbine, a motor gasoline or diesel, 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 modified receiver-modified Carnot cycle followed by the driving fluid G T is described in the Mollier diagram shown in FIG. Figure 8 .
  • the isentropic compression stage of the saturated steam at the outlet of the evaporator can lead to a biphasic mixture or to superheated steam.
  • 1 case two-phase mixture, rare
  • 2nd cases superheated steam
  • the steam at the outlet of the evaporator may be slightly superheated so that after the isentropic compression there is only superheated steam or at the saturated limit.
  • the device for introducing the working fluid G T into the evaporator is adapted so that G T is introduced in the liquid state into the evaporator but after the saturated liquid (point 3 of the Mollier diagram, figure 8 ) has relaxed, and thus occupying more volume and with a gaseous sky above the remaining liquid (point 4 of the Mollier diagram, figure 8 ).
  • One solution is to introduce a flexible suction tube with its suction end attached to a float in ABCD and just below the waterline.
  • the enclosure ABCD must be placed above the liquid level of G T in the evaporator (as represented on the figure 7 ) and above CT and CT 'so that the evacuation of either liquid G T or L T in one 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 1-2 vs -3-4-5-1 is described below because the variant with the point "1 vs " does not bring any change of principle.
  • the level of L T is high (denoted H) in ABCD and the cylinder CT, and low (denoted B) in the cylinder CT '.
  • the saturation vapor pressure of G T has a high value P h in ABCD, Cond and CT, and a low value P b in Evap and CT '. It is this moment of the cycle that is schematically represented in the configuration of the figure 7 .
  • Phase ⁇ (between times t ⁇ and t ⁇ ) and phase ⁇ (between times t ⁇ and t ⁇ )
  • G T 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 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 T is maintained in the evaporator Evap at low temperature by heat exchange with the cold source at T b
  • G T 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 G T , and the levels of the transfer liquid L T are summarized in Table 7.
  • the state of the solenoid valves is summarized in Table 8, in which "x" signifies that the corresponding valve is opened.
  • the pressurizing / expansion device is interposed in series between the condenser and the Evap Cond evaporator, it comprises a single expansion device such as an expansion valve VD, or capillary and possibly in series a solenoid valve EV 3 .
  • a single expansion device such as an expansion valve VD, or capillary and possibly in series a solenoid valve EV 3 .
  • VD expansion valve
  • EV 3 solenoid valve
  • the working fluid G T in the saturated liquid state at the outlet of the Cond condenser 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 1-2 vs -2 g- 3-4-5-1 in the Mollier diagram of the figure 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 solenoid valve EV 3 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.
  • the level of L T is high (denoted H) in the cylinder CT, and low (denoted B) in the cylinder CT '.
  • the saturation vapor pressure of G T has a high value P h in Cond and CT, and a low value P b in Evap and CT '. It is this moment of the cycle that is schematically represented in the figure 9 .
  • Phase ⁇ (between instants t ⁇ and t ⁇ and phase ⁇ (between instants t ⁇ and t ⁇ :
  • G T 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, 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 less than T h .
  • 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 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 .
  • equation (2) and inequality (2) linking the specific volumes of G T in the various stages of the cycle are still valid.
  • 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 G T , 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 T and L T. 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 the enclosure ABCD and the solenoid valves EV 3 and EV 4 allows operation in motor mode of 2nd type but not operation in receiver mode of the 2nd type, as described in the figure 7 .
  • the DPD device associating the enclosure ABCD and the solenoid valves EV 3 and EV 4 allows operation in receiving mode of 2nd type or 2nd type engine.
  • 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 PHA 1 ( figure 5 ) born can not provide the function of relaxation of the working fluid such as the expansion valve VD or the capillary C ( figure 9 ) and vice versa.
  • the hydraulic converter is either a pump or a motor.
  • the figure 11 shows schematically a Carnot machine versatile amended can ensure the selection of the user to be the function of Carnot machine motor Amended 1 type or the Carnot machine function receiving Amended 1st type.
  • the other three combinations of the two types are also possible: motor and receiver of the 2nd type, motor of the 1st type and receiver of the 2nd type, motor of the 2nd type and receiver of the 1st type. Selecting the operating mode (motor or receiver) does not require sophisticated means.
  • the solenoid valves EV 3M and EV 3R are open and closed (respectively closed and open) if the motor mode is selected (respectively the receiver mode). 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 2nd Carnot machine modified motor (1 type or 2nd type) or receptor different from the first (1 type or 2nd type).
  • FIG. 12a represents 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 m1 , and it contains a working fluid G T1 .
  • 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 T h > T m1 > T m2 > T b > T ambient .
  • the temperature T m1 and T m2 are practically equal.
  • the quantity of heat Q h is supplied to the machine HT at the temperature T h for the evaporation of the fluid G T1
  • the working fluids G T1 and G T2 may be identical.
  • the working quantities W 1 and W 2 are supplied respectively by the machine HT and the machine BT.
  • the overall efficiency ((W 1 + 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 on the figure 12b .
  • 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 modified drive of 2nd type lies in the fact that the temperature T h -T amplitude b is no longer as limited when using a only 2nd motor type modified Carnot machine (due to the condition on mass volumes expressed by equation (1)).
  • 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 2 nd type, is that the amplitude of each pressure working fluids G T1 and G T2 is lower than that of the working fluid of the single engine modified Carnot machine ( 1st or 2nd 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 1 st machine is supplied with heat at the highest temperature T h for evaporating a working fluid, and the last machine of the cascade release 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 represented in figure 12a .
  • the cascade association of two modified receiving Carnot machines has the significant advantage of reducing the pressure amplitude of each of the working fluids G T1 and G T2 relative to that of the working fluid found in a single receiving modified Carnot machine, whether 1st or 2nd type, and operating between the same extreme temperatures T b and T h .
  • a modified Carnot machine according to the invention can 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.
  • 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 also 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 diagrammatically in figure 13 with the temperature levels of heat sources and sinks and the direction of heat and work exchanges.
  • the prime mover contains a working fluid G T1 . It receives a quantity of heat Q h from a source at temperature T h , it releases a quantity of heat Q mM 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 mR . 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.
  • a 2 nd embodiment of an installation comprising a Carnot machine modified motor mechanically coupled to a Carnot machine modified receiver is shown diagrammatically in figure 14 with the temperature levels of heat sources and sinks and the direction of heat and work exchanges.
  • the prime mover contains a working fluid G T2 . It receives a quantity of heat Q mM 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.
  • the temperature T m of the source is necessarily greater than temperature T b of the heat sink.
  • the receiving machine contains a working fluid G T1 . 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.
  • 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
  • the reasonable pressure range for the working fluid G T of a modified receiving Carnot machine is between about 0.7 bar and about 10 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.
  • 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.
  • 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 ditherme machine that is to say for purposes of heating or refrigerating production and in particular a modified receiving Carnot machine.
  • 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 stage using a superheated steam turbine between 500 and 300 ° C, heat 300 ° C being then supplied to a modified motor-powered Carnot machine that would run between this hot spring at 300 ° C and the cold well of the outdoor ambience.
  • a modified motor-powered Carnot machine that would run between this hot spring at 300 ° C and the cold well of the outdoor ambience.
  • water is well suited as a working fluid.
  • 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) .
  • Today's parabolic solar collectors can bring the working fluid to around 300 ° C.
  • the work delivered by the turbine between 500 and 300 ° C is lost, but only a renewable energy source is used.
  • the present invention is illustrated by the following eight examples, to which it is however not limited.
  • the figures 15a to 15h schematically summarize, for each of the examples, the heat and work exchanges between the modified Carnot machine (or machine associations) and the environment, as well as the temperatures of the heat sources and sinks.
  • Example 1 ( Fig. 15a ): three modified motor Carnot machines of 2nd type in thermal cascade;
  • Examples 3 and 4 Fig. 15c and 15d ): modified receiving Carnot machines of 2 nd or 1 st type;
  • Example 5 ( Fig. 15th ): two modified receiving Carnot machines of 1 st type in thermal cascade;
  • Examples 6 and 7 ( Fig.
  • three working fluids G T are used: water (denoted R718), n-butane (denoted R600) and 1,1,1,2-tetrafluoroethane (denoted R134a).
  • the Mollier diagrams for these three fluids are represented respectively by the figures 16 , 17 and 18 . In these diagrams are plotted the different modified Carnot cycles that are involved in the aforementioned Examples 1-8.
  • the goal is to produce work (convertible into electricity) with the best possible output.
  • T b 40 ° C
  • the efficiency will be higher as the temperature T h of the hot source is high and the cycle of the machine is close to the ideal Carnot cycle.
  • the engine modified Carnot cycle of the 2nd type is therefore retained in its preferred configuration, that is to say respecting the constraint of equal mass volumes of the working fluid at the outlet of the condenser and the evaporator (such as described in the figure 4 ).
  • the working fluid used is R600 and it describes the cycle abcda in the figure 17 . It is noted that with this fluid the adiabatic expansion c ⁇ d results in the superheated steam domain 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 working fluid used is R718 and it describes the cycle efghe in the figure 16 . It is noted that with this fluid the adiabatic expansion g ⁇ h ends in the biphasic domain and thus induces no irreversibility. The yield ⁇ 2 of this cycle merges with that of Carnot and is therefore 16.7%.
  • the objective is to produce work (electricity convertible) but with a machine simpler using machine associations Carnot modified drive of 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 the same source and extreme heat sink (275 ° C and 40 ° C), it is better to combine two machines in thermal cascade rather than realize a single machine operating on such a large gap.
  • the thermal cascade association ( figure 15b ) Consists in coupling two machines Carnot modified driving of 1st type, the first one uses water (R718) as working fluid and the described cycle of ijbcki figure 16 , the second uses n-butane (R600) as working fluid and describes the efbcde cycle of the figure 17 .
  • 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 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 ( Figure 15c ).
  • This COA is almost equal to that of the Carnot machine operating between the same extreme temperatures because the irreversibility caused by the overheating 9 ⁇ 1 is very low.
  • 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 ° C is well suited to this application ( Figure 15d ).
  • the working fluid used (R600) describes the 5-6-7-8-5 cycle of the figure 17 . Compared to the previous example, it is chosen not to overheat before the isentropic compression step.
  • 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.
  • COP 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 ( figure 15f ) is the refreshing 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
  • a first machine is coupled, the Carnot engine driving modified 1 type using the working fluid R718 describing the cycle of lmgnl figure 16 And a second machine, the Carnot machine receiving the modified 1st type described in Example 3.
  • the yield ⁇ 1 of the first machine is 25.34% (91% of the yield of Carnot) which is much higher than the current yield of photovoltaic solar cells.
  • Example 8 ( figure 15h ) is the production of medium pressure steam (2 bar) having as its sole source of energy "low temperature” heat (85 ° C) incompatible with the direct production of the 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 ° C can be achieved by mechanically coupling a first machine, the Carnot machine receiving modified 1 type using R718, operating between 85 and 120 ° C and describing the cycle 1-2-3-4-1 of the figure 16 And a second machine, the Carnot machine motor amended the 1st type, operating between 85 ° C and 40 ° C (temperature higher than the room temperature), using the R600 working fluid and described in Example 2.
  • 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 the modified motorized or receiving Carnot machine which uses this fluid R600 is associated in these two examples with another Carnot machine, which in this case is a motor, which uses water (R718) as working fluid.
  • an installation according to the present invention may comprise a driving Carnot machine 1 type (with the working fluid as R718) coupled to a Carnot machine modified polyvalente_ (such as that described in figure 11 and with the R600 as a working fluid) and that such an installation can be implemented for applications as different as that referred to in Example 2, and that referred to in Example 7.

Description

  • La présente invention concerne une installation pour la production de froid, de chaleur et/ou de travail.
    • ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
  • 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 GT à partir d'une source chaude à la température Th, la chaleur Qb est cédée par le fluide de travail GT 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 GT à la source froide Tb, la chaleur Qh est cédée par le fluide de travail au puits chaud à la température Th et le travail net W est consommé par la machine.
  • D'après le 2ème 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.
  • Pour remédier à ce problème, il a été envisagé de se rapprocher du cycle de Carnot en comprimant isentropiquement un liquide et en détendant isentropiquement 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.
  • Le document WO97/16629 décrit par exemple un dispositif de production électrique par le déplacement d'un liquide à travers un moteur hydraulique. Le déplacement du liquide est obtenu en pressurisant une chambre vers une autre chambre dépressurisée à plus basse pression.
    • 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.
  • 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.
  • 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 :
    1. 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 GT entre le condenseur Cond et DPD, et entre l'évaporateur Evap et DPD ;
    2. b) Un 2ème ensemble qui comprend deux enceintes de transfert CT et CT' qui contiennent un liquide de transfert LT et le fluide de travail GT sous forme de liquide et/ou de vapeur, le liquide de transfert LT et le fluide de travail étant deux fluides différents ;
    3. c) des moyens de transfert sélectif du fluide de travail GT entre le condenseur Cond et chacune des enceintes de transfert CT et CT' d'une part, entre l'évaporateur Evap et chacune de enceintes de transfert CT et CT' d'autre part ;
    4. 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.
  • Dans le présent texte :
    "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% ;
    • "machine de Carnot modifiée" désigne une machine qui présentent les caractéristiques a), b), c) et d) ci-dessus ;
    • "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 LT à basse pression et le restituer à plus haute pression ;
    • "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 modifiée" pour pressuriser soit le liquide de transfert LT soit le fluide de travail GT à l'état liquide ;
    • "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 LT à haute pression et en le restituant à plus basse pression ;
    • "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 ;
    • "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.
    • "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 oeuvre 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.
  • Le procédé de production de froid, de chaleur et/ou de travail selon l'invention consiste à faire subir à un fluide de travail GT 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 GT et la source, respectivement le puits de chaleur ;
      une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail GT;
    • une transformation isotherme avec échange de chaleur entre GT et le puits, respectivement la source de chaleur ;
    • une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail GT.
  • 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 GT concomitant avec le déplacement d'un liquide de transfert LT 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 2ème type".
    • DESCRIPTION DES 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 °C) donnée en abscisse.
    • 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 GT. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail.
    • 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 croissantes T"h ,T'h et Th du fluide de travail au cours de l'échange de chaleur avec la source chaude.
    • La figure 5 est une représentation schématique d'une machine de Carnot modifiée motrice de 1er 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 GT. 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 GT. 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.
    • La figure 10 représente dans le diagramme de Mollier un cycle de Carnot modifié récepteur du 1er type suivi par un fluide de travail GT. La pression P est donnée en échelle logarithmique, en fonction de l'enthalpie massique h du fluide de travail.
    • 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.
    • 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.
    • 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.
    • 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.
    • 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.
    DESCRIPTION DETAILLEE DE L'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 2ème type) ou en mode récepteur (1er ou 2ème 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.
  • Le fluide de travail GT et le liquide de transfert LT sont choisis de préférence de telle sorte que GT soit faiblement soluble, de préférence insoluble dans LT, que GT ne réagisse pas avec LT et que GT à l'état liquide soit moins dense que LT. Lorsque la solubilité de GT dans LT est trop importante ou si GT à l'état liquide est plus dense que LT, 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 GT 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 GT à l'état liquide et celle du liquide de transfert LT. 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.
  • Le liquide de transfert LT 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 GT à travers la vapeur de LT au niveau du condenseur ou de l'évaporateur. Sous réserve des compatibilités avec GT mentionnées précédemment et à titre d'exemples non exhaustifs, LT peut être l'eau, ou une huile minérale ou de synthèse, ayant de préférence une faible viscosité.
  • Le fluide de travail GT subit des transformations dans le domaine thermodynamique de température et pression de préférence compatible avec l'équilibre liquide - 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.
  • Le fluide de travail GT 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 °C) donnée en abscisse.
  • 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.
  • 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.
  • Le fluide GT peut être dans les enceintes CT ou CT' à l'état de mélange biphasique 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 GT s'accumule à l'interface entre GT et LT. Lorsque la teneur en vapeur de GT 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 GT dans ces enceintes. Cette élimination peut être effectuée en maintenant la température du fluide de travail GT 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 GT, à l'état liquide dans le condenseur, de sorte que il n'y ait pas de GT liquide dans CT ou CT' à cet instant.
  • 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 GT dans les enceintes de transfert CT et CT'.
  • 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.
  • Dans une machine de Carnot modifiée motrice de 1er type, le dispositif DPD consiste en un dispositif qui pressurise le fluide de travail GT à l'état de liquide saturé ou de liquide sous-refroidi, par exemple une pompe hydraulique auxiliaire PHA1.
  • Dans une machine de Carnot modifiée motrice de 2ème type, le dispositif 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 LT.
  • Dans un procédé selon l'invention mis en oeuvre 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 GT à partir de la source de chaleur à la température Th ;
    • une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail GT;
    • une transformation isotherme au cours de laquelle de la chaleur est fournie par GT au puits de chaleur à la température Tb inférieure à la température Th ;
    • une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail GT.
  • 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 GT. Cette variation de volume provoque un déplacement du liquide LT qui entraîne un moteur hydraulique ou est provoquée par un déplacement du liquide LT 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.
  • 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 LT. Lesdits circuits comprennent différentes ramifications obturables par des vannes commandées.
  • L'évaporateur Evap et le condenseur Cond contiennent exclusivement le fluide GT 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 LT. 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.
  • ABCD est relié à Cond et à Evap par des circuits contenant GT 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 GT 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.
  • 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 LT 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 LT 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 LT à haute pression et obturable respectivement par les électrovannes EVh et EVh', en sortie (ou aval) à CT et CT' par un circuit contenant LT 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 EVh 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 LT et comprenant dans deux branches en parallèle la pompe hydraulique auxiliaire PHA2 et l'électrovanne EVr. Quand LT circule de MH vers ABCD, il est pressurisé par PHA2 et EVr est fermée. Quand LT circule de ABCD vers MH, il s'écoule par gravité, EVr est ouverte et PHA2 est arrêtée. Le liquide de transfert LT étant finalement transvasé vers CT ou CT', il est nécessaire que ABCD se trouve au dessus des enceintes CT et CT'.
  • 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.
  • 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 GT.
  • Selon le fluide GT 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 3ème 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 GT liquide dans les enceintes CT ou CT' en réalisant une surchauffe de GT en sortie de la détente isentropique. Le choix du moyen pour apporter de la chaleur à GT 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 LT, ledit LT échangeant à son tour avec GT 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 Ti est apportée à CT.
  • Le cycle de Carnot modifié moteur est constitué par 4 phases successives débutant respectivement aux instants tα, tγ, 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.
    • Phase αβγ (entre les instants t α et t γ ) :
  • À l'instant précédant immédiatement tα, le niveau de LT est bas (noté B) dans ABCD et le cylindre CT, et haut (noté II) dans le cylindre CT'. Au même instant, la pression de vapeur saturante de GT 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.
  • À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EV1', EV2, EVh' et EVb et l'embrayage de PHA2 provoquent les phénomènes suivants :
    • La vapeur saturée de GT sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert LT à un niveau intermédiaire (noté J). LT passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail dont une partie est récupérée par la pompe PHA2.
    • Après avoir été détendu par MH, une partie du liquide de transfert LT est transférée vers CT et l'autre partie du liquide LT est transférée vers ABCD. Dans CT, LT passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I), refoule les vapeurs de GT 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 LT 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:
    • * a → b dans l'enceinte ABCD;
    • * b → c dans l'ensemble Evap-CT';
    • * dvs → e dans l'ensemble CT-Cond.
  • La pressurisation de GT 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 Ph. C'est donc seulement à l'instant tβ que l'électrovanne EV4 (qui peut être remplacée par un clapet anti-retour) entre ABCD et Evap est ouverte. Ceci nécessite d'avoir un stock de GT à l'état liquide dans l'évaporateur au début de cette phase, stock qui est reconstitué à la fin de cette étape.
  • 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 Qde a été relâchée au niveau du condenseur à Tb (Tb < Th) et un travail Wαβγ net a également été délivré à l'extérieur.
    • Phase γδ (entre les instants t γ et t δ )
  • À l'instant tγ, c'est-à-dire lorsque le niveau de LT 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 :
    • La vapeur de GT 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 LT à travers le moteur MH dans le cylindre CT.
      En fait 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 (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 GT 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 LT qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule par gravité vers CT qui doit donc se trouver préférentiellement 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 LT lors de la mise en communication avec CT induit une vaporisation partielle ou totale dudit reste de GT 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 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 I à H) dans CT, le reste des vapeurs de GT 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.
  • 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 Wβγ est également délivré à l'extérieur.
  • 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.
    • Phase δελ (entre les instants t δ et t λ ) :
  • Elle est équivalente à la phase αβγ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.
    • Phase λα (entre les instants t λ et t α ):
  • Elle est équivalente à la phase γδ mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.
  • 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 GT (avec la transformation d → dvs considérée comme optionnelle) et les niveaux du liquide de transfert LT 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. Tableau 1
    Étape Transformation Lieu Niveau de LT
    CT CT' ABCD
    αβγ a → b ABCD B→I H→J B→H
    b → c Evap + CT'
    d ou dvs → e CT + Cond
    γδ c → d ou dvs CT' I→H J→B H→B
    e → a CT + Cond + ABCD
    δελ a → b ABCD H→J B→I B→H
    b → c Évap + CT
    d ou dvs → e CT' + Cond
    λα c → d ou dvs CT J→B I→H H→B
    e → a CT' + Cond + ABCD
    Tableau 2
    Étape EV1 EV1' EV2 EV2' EV3 EV4 EVb EVh EVb' EVh' EVr PHA2
    αβγ x x x (à tβ) x x x
    γδ x x x x x
    δελ X x x x (à tε) x x x
    λα x x x x x
  • 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.
  • 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 EV1 ou EV1'.
  • Dans un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, il est tenu compte du fait que le liquide de transfert LT est incompressible, et que les variations de niveau qui interviennent simultanément dans les trois enceintes ABCD, CT et CT' ne sont donc pas indépendantes. Par ailleurs ces variations de niveau de LT résultent ou impliquent des variations concomitantes de volume du fluide GT. Cela se traduit par l'équation suivante entre les volumes massiques de GT à différents stades du cycle: v e − v a = v dvs − v c
    Figure imgb0001
     vi étant le volume massique de GT à l'état thermodynamique du point "i", "i" étant respectivement e, a, dvs et c.
  • La figure 4 représente les diagrammes de Mollier pour trois cycles de Carnot modifiés moteurs du 2ème 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 GT dans le condenseur et des températures croissantes de GT 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.
  • 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.
  • 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 oeuvre de la machine de Carnot modifiée motrice du 2ème type sont simplifiées puisque la transformation dvs(ou d) → e n'a plus lieu d'être.
  • 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 GT. Or les performances de la machine de Carnot modifiée dépendent notamment de cette valeur ΔTmax. Pour obtenir la performance maximale avec un fluide GT 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.
  • Les diverses transformations thermodynamiques de ce mode de réalisation préféré sont résumées dans le tableau 3, et l'état des actionneurs (électrovannes 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. Tableau 3
    Étape Transformation Lieu Niveau de LT
    CT CT' ABCD
    αβγ a → b ABCD B H→J B→H
    b → c Evap + CT'
    γδ c → d ou dvs CT' B→H J→B H→B
    d ou dvs → a CT + Cond + ABCD
    δελ a → b ABCD H→J B B→H
    b → c Évap + CT
    λα c → d ou dvs CT J→B B→H H→B
    d ou dvs → a CT' + Cond + ABCD
    Tableau 4
    Étape EV1 EV1' EV2 EV2' EV3 EV4 EVb EVh EVb' EVh' EVr PHA2
    αβγ x x (à tβ) x x
    γδ x x x x x
    δελ x x (à tε) x x
    λα x x x x x
  • Les étapes du cycle de Carnot modifié moteur du 2ème 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 GT 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 LT sont obturés, on soumet le fluide de travail GT à une succession de cycles comprenant les étapes suivantes :
    • Phase αβγ (entre les instants t α et t γ ) :
  • À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EV1', et EVh' et l'embrayage de PHA2 provoquent les phénomènes suivants :
    • La vapeur saturée de GT sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert LT à un niveau intermédiaire (noté J). LT passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail dont une partie est récupérée par la pompe PHA2.
    • Après avoir été détendu par MH, le liquide de transfert LT 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 GT contenu dans cette enceinte.
  • 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'.
  • La pressurisation de Pb à Ph de GT 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 tβ que l'électrovanne EV4 (qui peut être remplacée par un clapet anti-retour) entre ABCD et Evap est ouverte.
  • 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 Wαβγ net a également été délivré à l'extérieur.
    • Phase γδ (entre les instants t γ et t δ ) :
  • À l'instant tγ, c'est-à-dire lorsque le niveau de LT 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 :
    • La vapeur de GT 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 LT à travers le moteur MH dans le cylindre 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 (d → dvs) par les parois de CT' maintenues à une température suffisante pour le permettre (comprise entre Tb et Th).
    • L'enceinte ABCD en communication avec le condenseur est ramenée à la pression basse et le liquide de transfert LT qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule par gravité vers CT qui doit donc se trouver préférentiellement 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 LT lors de la mise en communication avec CT induit une vaporisation partielle ou totale dudit reste de GT 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 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 GT contenues dans CT se condensent dans le condenseur Cond (transformation d ou dvs → 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 Qda 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.
  • Comme dans le cas général du mode de mise en oeuvre 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'.
  • Plus particulièrement :
    • à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tγ, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT (par EV1), on ouvre le circuit de LT 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 GT sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT et refoule LT à un niveau intermédiaire J ;
      • * LT passe à travers MH en se détendant, puis LT est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD.
    • à l'instant tε, on ouvre le circuit de GT entre ABCD et Evap (par EV4) de sorte que le fluide de travail GT est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur ;
    • à l'instant tλ, on ferme le circuit de GT 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 GT entre Cond et ABCD (par EV3) d'une part, entre CT' et Cond (par EV2') d'autre part, et on ouvre le circuit de LT entre CT' et ABCD (par EVr et EVb'), de sorte que :
      • * La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT'.
      • * l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et LT, qu'elle contient dans sa partie inférieure, s'écoule vers CT' ;
      • * les vapeurs de GT contenues dans CT' se condensent dans 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.
  • Dans ce cas préféré du cycle de Carnot 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-max, 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 PHA1 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 2ème 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 GT à l'état de liquide saturé en sortie du condenseur Cond est directement pressurisé par la pompe PHA1 et introduit dans l'évaporateur Evap.
  • Sur la figure 5 la possibilité d'apport de chaleur à la température Ti aux niveaux des enceintes CT et CT' n'est pas représentée, mais elle reste possible comme sur la figure 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. Tableau 5
    Étape Transformation Lieu Niveau de LT
    CT CT'
    αβ a → b Entre Cond et Evap B→I H→J
    b → bl → c Evap + CT'
    dvs → e CT + Cond
    βγ c → dvs CT' I→H J→B
    e → a CT + Cond
    γδ a → b Entre Cond et Evap H→J B→I
    b → bl → c Évap + CT
    dvs → e CT' + Cond
    δα c → dvs CT J→B I→H
    e → a CT' + Cond
    Tableau 6
    Électrovannes ouvertes ou pompe PHA1 en marche
    Étape EV1 EV1' EV2 EV2' EV3 EVb EVh EVb' EVh' PHA1
    αβ x x x x x x
    βγ x x x x x
    γδ x X x x x x
    δα X x x x x
  • Les étapes du cycle de Carnot 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 2ème type dans sa configuration générale. Le premier cycle est effectué à partir d'un état initial dans lequel le fluide de travail GT 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 GT et du liquide de transfert LT sont obturés. À l'instant to 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 GT, 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 GT à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes :
    • Phase αβ (entre les instants t α et t β ) :
  • À l'instant précédant immédiatement tα, le niveau de LT 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.
  • À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EV1', EV2, EV3 EVh' et EVb et la mise en marche de PHA1 provoquent les phénomènes suivants :
    • La vapeur saturée de GT sortant de l'évaporateur à Ph, pénètre dans CT' et refoule le liquide de transfert LT à un niveau intermédiaire (noté J). LT passe à travers le moteur MH en se détendant, ce qui produit du travail. Le travail nécessaire à PHA1 est fourni par un moteur électrique indépendant, non représenté.
  • Dans une variante, la pompe PHA1 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 PHA1.
    • Après avoir été détendu par MH, le liquide de transfert LT est refoulé dans CT. Dans CT, LT passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I), refoule les vapeurs de GT vers le condenseur où elles se condensent. Le fluide de travail GT à l'état de liquide saturé est aspiré par la pompe PHA1 et refoulé à plus haute pression vers Evap où il entre à l'état de liquide sous-refroidi.
  • Sur le diagramme de Mollier (figure 6), cette étape correspond aux transformations simultanées suivantes:
    • a → b entre le condenseur et l'évaporateur;
    • b → bl → c dans l'ensemble Evap-CT';
    • dvs → e dans l'ensemble CT-Cond.
  • Il est préférable que la pompe hydraulique auxiliaire PHA1 ne soit pas en marche et que l'électrovanne EV3 ne soit pas être ouverte s'il n'y a pas de liquide GT 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 GT dans Evap est compensée en continu par les apports de GT liquide venant du condenseur de sorte que le niveau de GT 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 Wαβ étant la différence entre le travail fourni par le moteur hydraulique MH et celui consommé par la pompe hydraulique auxiliaire PHA1.
    • Phase βγ (entre les instants t β et t γ ) :
  • À l'instant tβ, c'est-à-dire lorsque le niveau de LT a atteint les valeurs prédéfinies (I dans CT, J dans CT'), on ferme l'électrovanne EV1', on laisse EV2, EV3, EVb et EVh' ouvertes et la pompe PHA1 en marche (si présence de GT liquide en amont). Il en résulte que :
    • La vapeur de GT 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 LT 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 GT 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 GT dans CT se condense dans Cond (transformation e→a).
    • Comme pour l'étape précédente les condensats sont aspirés par PHA1 au fur et à mesure qu'ils s'accumulent au fond du condenseur.
  • 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 Th) est consommée au niveau de CT' pour assurer la surchauffe d → dvs et un travail net Wβγ est également délivré à l'extérieur.
  • 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 γ et t δ ) et δα (entre les instants tδ et t α ) :
  • Elles sont équivalentes respectivement à la phase αβ et la phase βγ, mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.
  • Plus particulièrement :
    • à l'instant tγ, on ferme les circuits ouverts à l'instant tβ, excepté celui permettant le transfert de GT entre Cond et Evap (par EV3), on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT (par EV1) 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 :
      • * 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 LT à un niveau intermédiaire 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 ;
      • * 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 PHA1, 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 EV1) de sorte que :
      • * La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT' où il atteint le niveau haut ;
      • * le reste des vapeurs de GT contenues dans CT' et refoulées par le liquide LT se condensent dans 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 PHA1 et enfin refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans 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 GT dans les différentes étapes du cycle est toujours valable, soit : v e − v a = v dvs − v c
    Figure imgb0002
  • Toutefois le volume massique de GT 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 GT 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 : v a < v e < v dvs
    Figure imgb0003
  • Le point "e" est toujours compris entre les points "a" et "dvs" dans le diagramme de Mollier et les températures Tb et Th peuvent être fixées de façon totalement indépendantes sans que cela affecte le fonctionnement de la machine de Carnot modifiée motrice de 1er 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 → bl 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 GT 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.
  • 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 GT. Cette variation de volume provoque ou est provoquée par un déplacement du liquide LT. 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.
  • 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 adiabatique 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 GT. Cette variation de volume provoque ou est provoquée par un déplacement du liquide LT. 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.
  • 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 GT, et un second circuit contenant exclusivement le liquide de transfert LT. Lesdits circuits comprennent différentes ramifications obturables par des moyens commandés 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.
  • L'évaporateur Evap et le condenseur Cond contiennent exclusivement le fluide GT en général à l'état de mélange liquide/ vapeur. Toutefois, selon le fluide de travail GT et la température Th du puits chaud, ledit fluide de travail GT peut se trouver dans le domaine supercritique à Th et dans ces conditions le condenseur Cond ne contient que GT à l'état gazeux.
  • La pompe PH est traversée exclusivement par du liquide LT. Les éléments ABCD, CT et CT' constituent les interfaces entre les deux circuits (GT et LT). 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. ABCD est relié à Cond et à Evap par des circuits contenant GT 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 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 est représentée 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 LT 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'électrovannes 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 LT à basse pression et obturable respectivement par les électrovannes EVb et EVb', en sortie (ou aval) à CT et CT' par un circuit contenant LT 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 électrovannes EVh' 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).
  • ABCD est relié dans sa partie inférieure par deux branches en parallèle du circuit contenant le liquide de transfert LT. La branche obturable par l'électrovanne EVi est raccordée au circuit haute pression de LT, et la branche obturable par l'électrovanne EVr est raccordée au circuit basse pression. Quand LT 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'.
  • 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 magnétique EM1, 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.
  • Le cycle de Carnot modifié récepteur suivi par le fluide moteur GT est décrit dans le diagramme de Mollier représenté sur la Figure 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 2ème cas (vapeur surchauffée) par la trajectoire entre les points "1" et "2vs" en trait continu. Par ailleurs, quelque soit GT, 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 3ème cas est représenté dans la figure 8 par la trajectoire entre les points "1vs" 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 GT en entrée de la compression isentropique, mais cela ne présente qu'un intérêt faible (éviter toute présence de GT 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.
  • Le dispositif d'introduction du fluide de travail GT dans l'évaporateur est adapté pour que GT 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 aspirante 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 GT 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 GT liquide, soit de LT 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 1-2vs-3-4-5-1 est décrit ci-dessous car la variante avec le point "1vs" n'apporte aucune modification de principe.
  • À partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail GT et du liquide de transfert LT sont obturés, à l'instant to, on actionne la pompe hydraulique PH, puis on soumet GT à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes :
    • Phase αβγ
  • À l'instant précédant immédiatement tα, le niveau de LT 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 GT a une valeur haute Ph dans 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.
  • À l'instant tα, on ouvre les électrovannes EVr, EVb et EVh'. La détente isentropique de GT à l'état de mélange liquide/vapeur (mais avec une teneur massique de vapeur quasi nul) dans ABCD refoule LT à travers PH. Simultanément la très faible quantité de vapeur saturée et le liquide de transfert LT contenus dans 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 LT dans CT. Le liquide de transfert LT en aval de PH comprime isentropiquement les vapeurs de GT contenues dans CT'. Les pressions à l'amont et l'aval de la pompe PH s'équilibrent à l'instant tβ. Entre tα et tβ il n'y a théoriquement aucune consommation nette de travail fourni par la pompe PH. La durée tβ-tα est courte car il n'y a durant cette étape aucun transfert de chaleur.
  • À l'instant tβ, on ouvre les électrovannes EV1 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 LT 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, LT est refoulé vers le cylindre CT' (jusqu'au niveau I) ce qui permet de finir la compression isentropique de GT jusqu'à la pression Ph.
    • suite à l'ouverture de EV4, le fluide de travail GT 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 GT gazeux vers 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.
  • 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 Wαβγ a également été consommé par la pompe PH. Ce travail a été fourni par l'extérieur à puissance croissante à partir de tβ puisque la pression en amont de la pompe reste quasi constante (=Pb) à partir de cet instant tandis que la pression en aval augmente de jusqu'à Ph.
    • Phase γδ
  • À l'instant tγ, c'est-à-dire lorsque le niveau de LT a atteint les valeurs prédéfinies (B dans ABCD, J dans CT et I dans CT'), on laisse EV1, EVb et EVh' ouvertes et simultanément on ouvre les électrovannes EV2', EV3 et EVi. Il en résulte que la vapeur de GT 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 GT 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 LT en sortie de la pompe est refoulée vers ABCD pour y rétablir le niveau haut de LT.
  • 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 tδ 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.
    • Phase δελ (entre les instants t δ et t λ ) et phase λα (entre les instants t λ et t α )
  • Elles sont équivalentes respectivement à la phase αβγ et à la phase γδ, mais avec interversion des enceintes de transfert CT et CT'.
  • Plus particulièrement :
    • à l'instant tδ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tγ, on ouvre les circuits de LT permettant le transfert de LT (par EVr) 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' et EVh), de sorte que :
      • * GT 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 LT à travers PH dans CT;
      • * les vapeurs de GT contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement.
    • à l'instant tε, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT' (par EV1',) d'une part, entre ABCD et Evap (par EV4) d'autre part, de sorte que :
      • * LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;
      • * les niveaux de LT dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de haut à bas, bas à un niveau intermédiaire I, et haut à un niveau intermédiaire J;
      • * 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' ;
      • * les vapeurs de GT contenues dans CT continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;
      • * GT 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 GT entre ABCD et Evap (par EV4), on ferme le circuit de LT entre ABCD et l'amont de la pompe PH (par EVr), on ouvre le circuit de GT entre CT et Cond (par EV2) d'une part, entre Cond et ABCD (par EV3) d'autre part, et on ouvre le circuit de LT entre l'aval de la pompe PH et ABCD par (EVi), de sorte que :
      • * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT;
      • * les niveaux de LT 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 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 LT et se condensent dans Cond;
      • * GT à l'état de liquide saturé s'écoule par gravité de Cond vers ABCD.
  • Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent.
  • Pour la production de froid, à l'état initial, GT 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. 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, GT est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, GT 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.
  • 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 GT, et les niveaux du liquide de transfert LT 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. Tableau 7
    Étape Transformation Lieu Niveau de LT
    CT CT' ABCD
    αβγ 3 → 4 ABCD H → J B → I H → B
    4 → 5 Evap + CT
    1 → 2vs CT'
    γδ 5 → 1 Evap + CT J → B I → H B → H
    2vs → 3 CT' + Cond + ABCD
    δελ 3 → 4 ABCD B → I H → J H → B
    4 → 5 Evap + CT'
    1 → 2vs CT
    λα 5 → 1 Evap + CT' I → H J → B B → H
    2vs → 3 CT + Cond + ABCD
    Tableau 8
    Électrovannes ouvertes
    Étape EV1 EV1' EV2 EV2' EV3 EV4 EVb EVh EVb' EVh' EVr EVi
    αβγ x (à tβ) x (à tβ) x x x
    γδ x x x x x x
    δελ x (à tε) x (à tε) x x x
    λα x x x x x x
  • La consommation de travail est continue pendant la durée du cycle (hormis entre les instants tα et tβ d'une part, tδ et tε 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 tγ et tλ de réouverture des vannes EV2 ou EV2'.
  • Le liquide de transfert LT 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 LT résultent ou impliquent des variations concomitantes de volume du fluide GT. Cela se traduit par l'équation suivante entre les volumes massiques de GT à différents stades du cycle représenté sur la Figure 8 : v 5 − v 3 = v 1 − v 2 ⁢ vs
    Figure imgb0004
     vi étant le volume massique de GT 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 : v 4 < v 5 < v 1
    Figure imgb0005
  • 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'évaporateur Evap, il comprend un simple dispositif de détente comme par exemple une vanne de détente VD, ou un capillaire et éventuellement en série une électrovanne 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 GT 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 1-2vs-2g-3-4-5-1 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'électrovanne 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. Tableau 9
    Étape Transformation Lieu Niveau de LT
    CT CT'
    αβ 3 → 4 Entre Cond et Evap H→J B→I
    4 → 5 Evap + CT
    1 → 2vs CT'
    βγ 5 → 1 Evap + CT J→B I→H
    2vs → 2g → 3 CT' + Cond
    γδ 3 → 4 Entre Cond et Evap B→I H→J
    4 → 5 Évap + CT'
    1 → 2vs CT
    δα 5 → 1 Evap + CT' I→H J→B
    2vs → 2g → 3 CT + Cond
    Tableau 10
    Électrovannes ouvertes
    Étape EV1 EV1' EV2 EV2' EV3 EVb EVh EVb' EVh'
    αβ x x x x
    βγ 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.
  • A partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail GT et du liquide de transfert LT sont obturés, l'instant to, on actionne la pompe hydraulique PH et ouvre le circuit de GT entre Cond et Evap (par EV3), et l'on soumet GT à une succession de cycles de Carnot modifiés, chacun desquels comprenant les étapes suivantes :
    • Phase αβ (entre les instants t α et t β ) :
  • À l'instant précédant immédiatement tα, le niveau de LT 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 GT a une valeur haute Ph dans Cond et CT, et une valeur basse Pb dans Evap et CT'. C'est cet instant du cycle qui est représenté schématiquement à la figure 9.
  • À l'instant tα, l'ouverture des électrovannes EV1, EV3 , EVb et EVh' a pour conséquences:
    • La vapeur saturée de GT sortant de l'évaporateur à Pb, pénètre dans CT et refoule le liquide de transfert LT à un niveau intermédiaire (noté J). LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise ce qui consomme du travail.
    • Après avoir été pressurisé par PH, le liquide de transfert LT est refoulé dans CT'. Dans CT', LT passe du niveau bas au niveau intermédiaire (noté I) et comprime de façon isentropique les vapeurs de GT contenues dans cette enceinte.
    • suite à l'ouverture de EV3, le fluide de travail GT 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 GT 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 GT retenu est supposé aboutir à l'issue de cette transformation isentropique dans le domaine de vapeur surchauffée.
  • 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 Wαβ 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.
    • Phase βγ (entre les instants t β et tγ) :
  • À l'instant tβ, c'est-à-dire lorsque le niveau de LT 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 GT 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 GT 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 GT à l'état de liquide saturé est détendu par VD et introduit dans l'évaporateur.
  • 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).
  • 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.
    • Phase γδ (entre les instants t γ et t δ et phase δα (entre les instants t δ et 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'.
  • Plus particulièrement :
    • à l'instant tγ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tβ, excepté le circuit de GT entre Cond et Evap, on ouvre (par EVh' et EVh) le circuit de LT permettant le transfert de LT depuis CT' vers CT en passant par la pompe hydraulique PH, et on ouvre (par EV1') le circuit de GT entre Evap et CT', de sorte que :
      • * LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;
      • * le niveau de LT dans CT passe de bas à un niveau intermédiaire I, et dans CT' de haut à un niveau intermédiaire J ;
      • * le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' augmentant, le fluide de travail 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 sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;
      • * 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 GT entre CT et Cond (par EV2), de sorte que :
      • * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT;
      • * le niveau de LT dans CT passe du niveau intermédiaire I à haut, et dans CT' 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 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 LT et se condensent dans Cond ;
  • Après plusieurs cycles, l'installation fonctionne à un régime permanent.
  • Pour la production de froid : à l'état initial, GT 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, 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 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.
  • Dans cette configuration (dite réceptrice de 1er type), l'équation (2) et l'inéquation (2) liant les volumes massiques de GT dans les différentes étapes du cycle sont toujours valables.
  • La machine de Carnot 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 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.
  • 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 GT, et du résultat visé.
  • 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 GT et LT. 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 2ème 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 2ème 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.
  • 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 2ème type, motrice de 1er type et réceptrice de 2ème type, motrice de 2ème 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 (respectivement 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 thermodynamique 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 2ème machine de Carnot modifiée motrice (du 1er type ou du 2ème type) ou réceptrice différente de la première (du 1er type ou du 2ème 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 Tm1, et elle contient un fluide de travail GT1. 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>Tm1>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 Tm1 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 GT1, la quantité de chaleur Qm1 libérée par la condensation de GT1 dans le condenseur de la machine HT à la température Tm1 est transférée entièrement (Qm1 = Qm2) ou partiellement (Qm1 > Qm2) à l'évaporateur de la machine BT pour l'évaporation du fluide GT2 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 Tm1 et le puits à Tm2 est intégral, c'est-à-dire qu'il y a égalité de Qm1 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 Tm1, alors le transfert de chaleur entre la source à Tm1 et le puits à Tm2 est partiel, c'est-à-dire que Qm1 est supérieur à Qm2 et que la différence est délivrée à l'utilisateur.
  • Éventuellement les fluides de travail GT1 et GT2 peuvent être identiques. Parallèlement, les quantités de travail W1 et W2 sont fournies respectivement par la machine HT et la machine BT. Le rendement global ((W1+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 2ème type, fonctionnent idéalement, c'est-à-dire sans irréversibilités, que les températures Tm1 et Tm2 soient confondues et qu'il y ait récupération intégrale de chaleur (Qm1 = Qm2) à cette température intermédiaire Tm.
  • 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.
  • Un 1er avantage de l'association en cascade de deux machines de Carnot modifiées motrices de 2ème 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 2ème type (dû à la condition sur les volumes massiques exprimée par l'équation (1)). 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.
  • Un 2ème avantage de l'association en cascade de deux machines de Carnot modifiées motrices, de 1er ou de 2ème type, est que l'amplitude de pression de chacun des fluides de travail GT1 et GT2 est plus faible que celle du fluide de travail de l'unique machine de Carnot modifiée motrice (de 1er ou de 2ème type) fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes Th et Tb.
  • Un couplage en cascade peut être effectué à l'aide de plus de deux machines de Carnot modifiées motrices, selon le même principe. La 1ère 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 là 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.
  • 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 Carnot modifiées réceptrices présente l'avantage non négligeable d'une réduction de l'amplitude de pression de chacun des fluides de travail GT1 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.
  • 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.
  • 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.
  • Le dispositif complémentaire peut en outre être un dispositif moteur-récepteur tel qu'un volant d'inertie par exemple.
  • 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.
  • 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.
  • La machine motrice contient un fluide de travail GT1. Elle reçoit une quantité de chaleur Qh à partir d'une source à la température Th, elle libère une quantité de chaleur QmM 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.
  • La machine réceptrice contient un fluide de travail GT2. Elle libère une quantité de chaleur QmR à une température TmR. 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.
  • 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 < Tambiant ≤ TmR
    • 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.
  • Un 2ème 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 14 avec les niveaux de température des sources et puits de chaleur et le sens des échanges de chaleur et de travail.
  • La machine motrice contient un fluide de travail GT2. Elle reçoit une quantité de chaleur QmM 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 GT1. 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 le 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.
  • Une machine de Carnot modifiée réceptrice peut être utilisée dans tout le domaine des machines frigorifiques et des pompes à chaleur : congélation, réfrigération, climatisation dit "réversible" c'est-à-dire rafraîchissement l'été et chauffage l'hiver.
  • Les machines frigorifiques classiques à compression mécanique de vapeur (CMV) sont réputées avoir de bons coefficients de performance COP (= Qb/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 2ème 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 GT 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 deviendraient 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 alcanes 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 GT et LT 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 LT 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 GT choisi serait faiblement 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 Carnot 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 500°C. L'utilisation de cette chaleur implique soit l'utilisation d'un fluide moteur compatible avec cette température élevée, soit la mise en oeuvre d'une étape intermédiaire utilisant une turbine à vapeur surchauffée entre 500 et 300°C, la chaleur à 300°C étant ensuite fournie à une machine de Carnot modifiée motrice qui fonctionnerait entre cette source chaude à 300°C 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.
  • 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 300°C environ. Par rapport à la production centralisée on perd le travail délivré par la turbine entre 500 et 300°C, mais on utilise uniquement une source d'énergie renouvelable.
  • On peut aussi utiliser l'énergie solaire thermique délivrée à des températures inférieures, telles que 130°C environ avec des capteurs à tubes sous vide ou 80°C 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 motrice. Toutefois pour la plus faible température Th, 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.
  • 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 Th mais avec un coefficient d'amplification supérieur à 1 ou à un niveau de température Th 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.
  • La présente invention est illustrée par les huit exemples suivants, auxquels elle n'est cependant pas limitée. Les figures 15a à 15h récapitulent schématiquement, pour chacun des exemples, les échanges de chaleur et de travail entre la machine (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 2ème type en cascade thermique;
    Exemple 2 (Fig. 15b): deux machines de Carnot modifiées motrices de 1er type en cascade thermique;
    Exemples 3 et 4 (Fig. 15c et 15d): machines de Carnot modifiées réceptrices de 2ème ou 1er type;
    Exemple 5 (Fig. 15e): deux machines de Carnot modifiées réceptrices de 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;
    Exemple 8 (Fig. 15h): couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice basse température de 1er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice de 1er type haute température.
  • Dans ces exemples, trois fluides de travail GT sont utilisés : l'eau (notée R718), le n-butane (noté R600) et le 1,1,1,2-tétrafluoroéthane (noté R134a). 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 de Carnot modifiés qui sont impliqués dans les exemples 1 à 8 susmentionnés.
    • Exemple 1 Association en cascade thermique de trois machines de Carnot modifiées motrices du 2 ème type
  • L'objectif est de produire du travail (convertible en électricité) avec le meilleur rendement possible. Pour une température de puits froid donnée (Tb = 40°C), le rendement sera d'autant plus élevé que la température Th de la source chaude est élevée et que le cycle de la machine se rapproche du cycle idéal de Carnot. Le cycle de Carnot modifié moteur de 2ème 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'évaporateur (tel que décrit dans la 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.
  • Avec une source de chaleur à Th2 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%.
  • Enfin avec une source de chaleur à Th1 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 η1 de ce cycle est de 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 = W 1 + W 2 + W 3 / Q h = η 1 + η 2 . 1 − η 1 + η 3 . 1 − η 2 1 − η 1
    Figure imgb0006
     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 (≈ 500°C). En outre la source de chaleur à Th1 (=275°C) pourrait être apportée par des capteurs solaires cylindro-paraboliques.
    • Exemple 2 Association en cascade thermique de deux machines de Carnot modifiées motrices du 1 er 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 associations 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'évaporateur. 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 40°C), 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 (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.
  • 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): η1 = 27,47% pour le cycle avec le R718 et η2 = 10,82% pour le cycle avec le 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 = W 1 + W 2 / Q h = η 1 + η 2 . 1 − η 1
    Figure imgb0007
     soit η = 35,32% (82% du rendement de la machine de Carnot fonctionnant entre les mêmes températures extrêmes).
  • 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 3 Machines de Carnot modifiées réceptrices du 2 ème ou 1 er 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 50°C est bien adaptée à cette application (Figure 15c).
  • On compare les deux options possibles que constituent les machines du 2ème ou du 1er type en utilisant comme fluide de travail le R600.
  • Avec une machine de Carnot modifiée réceptrice de 2ème type le cycle décrit est le cycle 1-2-3-4'-9-1 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.
  • Le coefficient d'amplification de cette machine de Carnot modifiée réceptrice décrivant ce cycle est : COA = Q h / W = 7,18
    Figure imgb0008
  • Ce 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.
  • Toutefois la machine de 2ème type nécessite l'enceinte ABCD et les connexions associées, ce qui a un coût et implique une gestion plus complexe du 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.
    • Exemple 4 Machine de Carnot modifiée réceptrice du 1 er 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 40°C 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 :
    COP = Qb/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 5 Association en cascade thermique de deux machines de Carnot modifiées réceptrices du 1 er 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 -30°C et le puits chaud à 40°C, 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 R134a 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: COP = Q b / W 1 + W 2 = 1 / 1 / COP 2 + 1 + 1 / COP 2 / COA 1
    Figure imgb0009
  • 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 6 Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice haute température de 1 er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice basse température de 1 er 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.
  • Le coefficient de performance de cette association (figure 15f) est: COP = Qb/Qh = η1.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 7 Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice haute température de 1 er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice basse température de 1 er 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.
  • 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 l-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 η1 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 photovoltaïques.
  • Si l'électricité n'est pas récupérée pour la machine réceptrice (figure 15g), la production de chaleur Qm1 complète la production électrique, soit 24,66% de l'énergie incidente Qh 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.η1+1
    Soit respectivement COA = 2,28 (84% du COA de Carnot) et COP = 1,28 (74% du COA de Carnot).
    • Exemple 8 Couplage mécanique d'une machine de Carnot modifiée motrice basse température de 1 er type et d'une machine de Carnot modifiée réceptrice haute température de 1 er 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.
  • Cet objectif de thermotransformation entre 85 et 120°C (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 120°C 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 40°C (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 = 208°C >> 120°C).
  • Le coefficient de performance global de l'association (figure 15h) des deux machines vérifie : COP = Q h / Q m 1 + Q m 2 = COP 1 + 1 / COP 1 + 1 / η 2
    Figure imgb0010
  • Soit avec ces températures de la source et des puits: COP = 55,2% (89% du COP de la machine tritherme de Carnot).
  • 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.
  • 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 oeuvre pour des applications aussi différentes que celle qui est visée à l'exemple 2, et celle qui est visée à l'exemple 7.

Claims (18)

  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 GT, des moyens de transfert du fluide de travail GT 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 LT et le fluide de travail GT sous forme de liquide et/ou de vapeur, le liquide de transfert LT et le fluide de travail étant deux fluides différents ;
    c) des moyens de transfert sélectif du fluide de travail GT entre le condenseur Cond et chacune des enceintes de transfert CT et CT' 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 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.
  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 le dispositif DPD consiste :
    - soit en un dispositif qui pressurise le fluide de travail GT qui est à l'état de liquide saturé ou de liquide sous-refroidi.
    - Soit en un dispositif qui 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 LT.
  3. 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 le dispositif DPD est :
    - Soit 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 GT,
    - Soit un dispositif qui comprend une enceinte ABCD permettant une compression ou une détente adiabatique du fluide de travail GT par l'intermédiaire du liquide de transfert LT.
  4. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine de Carnot modifiée est 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.
  5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la machine de Carnot modifiée est couplée par voie mécanique à un dispositif complémentaire.
  6. 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 CT', 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.
  7. 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 GT dans les enceintes de transfert CT et CT', l'échange de chaleur pouvant être direct ou indirect.
  8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de travail GT et le liquide de transfert LT sont choisis de telle sorte que GT soit faiblement soluble dans LT, que GT ne réagisse pas avec LT et que GT à l'état liquide soit moins dense que LT.
  9. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fluide de travail GT et le liquide de transfert LT sont isolés l'un de l'autre, par une membrane souple créant une barrière imperméable entre les fluides GT et LT mais qui n'oppose qu'une très faible résistance au déplacement de LT ainsi qu'une faible résistance au transfert thermique, ou par un flotteur qui a une densité intermédiaire entre celle du fluide de travail GT à l'état liquide et celle du liquide de transfert LT.
  10. Procédé de production de froid, de chaleur et/ou de travail consistant à soumettre un fluide de travail GT à une succession de cycles de Carnot modifiés dans une installation selon les revendications 1 à 9, chaque cycle de Carnot modifié comprenant les transformations de GT suivantes :
    - une transformation isotherme avec échange de chaleur entre GT et la source, respectivement le puits de chaleur ;
    - une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail GT ;
    - une transformation isotherme avec échange de chaleur entre GT et le puits, respectivement la source de chaleur ;
    - une transformation adiabatique avec augmentation de la pression du fluide de travail GT ;
    caractérisé en ce que :
    - le fluide de travail GT 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 GT concomitant avec le déplacement d'un liquide de transfert LT qui entraîne ou est entraîné par un convertisseur hydraulique,
    - du travail est fourni ou reçu par l'installation par l'intermédiaire d'un liquide de transfert LT qui traverse un convertisseur hydraulique pendant au moins les deux transformations isothermes.
  11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le cycle comprend les transformations suivantes :
    - une transformation isotherme initiée par l'apport de chaleur à GT à partir de la source de chaleur ;
    - une transformation adiabatique avec diminution de la pression du fluide de travail GT et production de travail par l'installation ;
    - une transformation isotherme au cours de laquelle de la chaleur est fournie par GT 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 GT.
  12. Procédé selon la revendication 10, 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 GT;
    - une transformation isotherme avec apport de chaleur à GT 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 GT initiée par l'apport de travail par l'intermédiaire du liquide de transfert LT.
  13. Procédé selon la revendication 10, mis en oeuvre 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.
  14. Procédé selon la revendication 10, mis en oeuvre 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 1ère 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 GTd, 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 GTi-1 de la machine qui la précède, et transfère la chaleur libérée par la condensation de son propre fluide de travail GTi à la machine qui la suit, lesdits fluides GTi-1 et GTi 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 1ère machine est à la température Th 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 1ère 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.
  15. Procédé selon la revendication 10 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 GT 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 LT sont obturés ;
    - à l'instant tα, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT', on ouvre le circuit de LT entre CT' et l'amont du moteur hydraulique MH, et on actionne la pompe auxiliaire PHA2, de sorte que :
    * le fluide de travail GT s'évapore dans Evap et la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT' et refoule LT à un niveau intermédiaire J ;
    * LT passe à travers MH en se détendant, puis LT est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD ;
    - à l'instant tβ, on ouvre le circuit de GT entre ABCD et Evap de sorte que le fluide de travail GT est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur.
    - à l'instant tγ, on ferme le circuit de GT 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 GT entre Cond et ABCD d'une part, entre CT et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit de LT entre CT et ABCD, de sorte que :
    * La vapeur de GT contenue dans CT' continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT' puis à travers MH vers CT ;
    * l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et LT qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule vers CT ;
    * les vapeurs de GT 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 GT entre Evap et CT, on ouvre le circuit de LT entre CT et l'amont du moteur hydraulique MH, et on actionne la pompe auxiliaire PHA2, de sorte que :
    * la vapeur saturée de GT sortant de Evap à la pression élevée Ph, pénètre dans CT et refoule LT à un niveau intermédiaire J ;
    * LT passe à travers MH en se détendant, puis LT est aspiré par PHA2 et refoulé vers ABCD.
    - à l'instant tε, on ouvre le circuit de GT entre ABCD et Evap de sorte que le fluide de travail GT est introduit à l'état liquide dans l'évaporateur ;
    - à l'instant tλ on ferme le circuit de GT 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 GT entre Cond et ABCD d'une part, entre CT' et Cond d'autre part, et on ouvre le circuit de LT entre CT' et ABCD, de sorte que :
    * La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT'.
    * l'enceinte ABCD en communication avec Cond est ramenée à la pression basse et LT qu'elle contient dans sa partie inférieure s'écoule vers CT ' ;
    * les vapeurs de GT contenues dans CT ' se condensent dans Cond ;
    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 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.
  16. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que, à partir d'un état initial dans lequel le fluide de travail GT 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 GT 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 GT entre Cond et Evap de sorte qu'une partie de GT, 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 GT 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 GT liquide dans le condenseur, 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 LT 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 LT à un niveau intermédiaire 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 LT se condensent dans 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 PHA1, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap ;
    - à l'instant tβ, on ferme le circuit de GT entre Evap et CT' de sorte que :
    * La vapeur de GT contenue dans CT' continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT' puis à travers MH vers CT où il atteint le niveau haut;
    * le reste des vapeurs de GT contenues dans CT et refoulées par le liquide LT se condensent dans 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 PHA1, puis refoulé à l'état de liquide sous-refroidi dans Evap.
    - à l'instant tγ, on ferme les circuits ouverts à l'instant tβ, 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 LT 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 LT à un niveau intermédiaire 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 ;
    * 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 PHA1, 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 :
    * La vapeur de GT contenue dans CT continue à s'expanser, de manière adiabatique, et refoule LT jusqu'au niveau bas dans CT puis à travers MH vers CT' où il atteint le niveau haut;
    * le reste des vapeurs de GT contenues dans CT' et refoulées par le liquide LT se condensent dans 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 PHA1 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.
  17. Procédé selon la revendication 10 à partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail GT et du liquide de transfert LT sont obturés, caractérisé en ce que, à l'instant to 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 LT permettant d'une part le transfert de LT depuis l'enceinte ABCD vers l'amont de la pompe hydraulique PH, d'autre part le transfert de LT depuis CT vers CT' par la pompe hydraulique PH, de sorte que :
    * GT 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 LT à travers PH dans CT';
    * les vapeurs de GT contenues dans CT' sont comprimées adiabatiquement.
    - à l'instant tβ 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';
    * les niveaux de LT 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 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;
    * les vapeurs de GT contenues dans CT' continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph;
    * GT à l'état de liquide saturé à la pression basse Pb s'écoule par gravité de ABCD vers Evap.
    - à l'instant tγ on ferme le circuit de GT entre ABCD et Evap, on ferme le circuit de LT entre ABCD et l'amont de la pompe PH, on ouvre le circuit de GT entre CT' et Cond d'une part, entre Cond et ABCD d'autre part, et on ouvre le circuit de LT 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';
    * les niveaux de LT dans ABCD, CT et CT' 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 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 LT et se condensent dans Cond;
    * GT 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 LT permettant le transfert de LT 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 :
    * GT 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 LT à travers PH dans CT;
    * les vapeurs de GT contenues dans CT sont comprimées adiabatiquement.
    - à l'instant tε, on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT' d'une part, entre ABCD et Evap d'autre part, de sorte que :
    * LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;
    * les niveaux de LT dans ABCD, CT et CT' passent respectivement de haut à bas, bas à un niveau intermédiaire I, et haut à un niveau intermédiaire J ;
    * 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' ;
    * les vapeurs de GT contenues dans CT continuent à être comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;
    * GT 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 GT entre ABCD et Evap, on ferme le circuit de LT entre ABCD et l'amont de la pompe PH, on ouvre le circuit de GT entre CT et Cond d'une part, entre Cond et ABCD d'autre part, et on ouvre le circuit de LT 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;
    * les niveaux de LT 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 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 LT et se condensent dans Cond;
    * GT 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, GT 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, GT est maintenu dans l'évaporateur Evap à basse température par échange de chaleur avec la source froide à Tb, GT 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 ; 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.
  18. Procédé selon la revendication 10, à partir d'un état initial dans lequel tous les circuits de communication du fluide de travail GT et du liquide de transfert LT sont obturés, caractérisé en ce que, à l'instant to on actionne la pompe hydraulique PH et ouvre le circuit de GT 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 LT 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 :
    * LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT' ;
    * le niveau de LT dans CT passe de haut à un niveau intermédiaire J, et dans CT' de bas à un niveau intermédiaire 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 ;
    * les vapeurs de GT contenues dans CT' sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph;
    * 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 tβ on ouvre le circuit de GT entre CT' et Cond, de sorte que :
    * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT';
    * le niveau de LT dans CT passe du niveau intermédiaire J à bas, et dans CT' du niveau intermédiaire I à haut ;
    * 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 LT et se condensent dans Cond.
    - à l'instant tγ, on ferme tous les circuits ouverts à l'instant tβ, excepté le circuit de GT entre Cond et Evap, on ouvre le circuit de LT permettant le transfert de LT depuis CT' vers CT en passant par la pompe hydraulique PH, et on ouvre le circuit de GT entre Evap et CT', de sorte que :
    * LT est aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;
    * le niveau de LT dans CT passe de bas à un niveau intermédiaire I, et dans CT' de haut à un niveau intermédiaire J ;
    * le volume occupé par les vapeurs de GT dans CT' augmentant, le fluide de travail 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 sont comprimées adiabatiquement jusqu'à la pression haute Ph ;
    * 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 GT entre CT et Cond, de sorte que :
    * LT est encore aspiré par la pompe PH qui le pressurise et le refoule dans CT ;
    * le niveau de LT dans CT passe du niveau intermédiaire I à haut, et dans CT' 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 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 LT 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, GT 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 Th dudit milieu extérieur étant supérieure à Tb.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2943770B1 (fr) * 2009-03-25 2011-05-27 Centre Nat Rech Scient Installation et procede pour la production de froid et/ou de chaleur
EP2312131A3 (fr) * 2009-10-12 2011-06-29 Bernd Schlagregen Procédé de conversion d'énergie thermique en travail mécanique
RU2434159C1 (ru) * 2010-03-17 2011-11-20 Александр Анатольевич Строганов Способ преобразования тепла в гидравлическую энергию и устройство для его осуществления
DE102010028315A1 (de) * 2010-04-28 2011-11-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur thermodynamischen Online-Diagnose einer großtechnischen Anlage
US11028735B2 (en) * 2010-08-26 2021-06-08 Michael Joseph Timlin, III Thermal power cycle
DE102013101214B4 (de) * 2013-02-07 2015-05-13 En3 Gmbh Verfahren zur direkten Umwandlung von Dampfenergie in mechanische Energie und thermohydraulische Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
WO2015134672A1 (fr) * 2014-03-04 2015-09-11 Wave Solar, Llc Moteur à pistons à liquide
FR3029907B1 (fr) * 2014-12-10 2019-10-11 Centre National De La Recherche Scientifique Procede de purification de l'eau par osmose inverse et installation mettant en oeuvre un tel procede.
US10364006B2 (en) 2016-04-05 2019-07-30 Raytheon Company Modified CO2 cycle for long endurance unmanned underwater vehicles and resultant chirp acoustic capability
US9453665B1 (en) 2016-05-13 2016-09-27 Cormac, LLC Heat powered refrigeration system
US10472033B2 (en) * 2016-10-28 2019-11-12 Raytheon Company Systems and methods for power generation based on surface air-to-water thermal differences
US11052981B2 (en) 2016-10-28 2021-07-06 Raytheon Company Systems and methods for augmenting power generation based on thermal energy conversion using solar or radiated thermal energy
US10502099B2 (en) 2017-01-23 2019-12-10 Raytheon Company System and method for free-piston power generation based on thermal differences
BR102017003822A8 (pt) * 2017-02-23 2022-12-20 Associacao Paranaense Cultura Apc Motor térmico de ciclo diferencial composto por dois processos isocóricos, quatro processos isotérmicos e dois processos adiabáticos e processo de controle para o ciclo termodinâmico do motor térmico
PL240516B1 (pl) * 2018-01-09 2022-04-19 Dobrianski Jurij Maszyna parowa
JP6409157B1 (ja) * 2018-05-02 2018-10-17 一彦 永嶋 電力生成システム
FR3086694B1 (fr) 2018-10-02 2023-12-22 Entent Machine de conversion de chaleur fatale en energie mecanique
US11085425B2 (en) 2019-06-25 2021-08-10 Raytheon Company Power generation systems based on thermal differences using slow-motion high-force energy conversion
US11001357B2 (en) 2019-07-02 2021-05-11 Raytheon Company Tactical maneuvering ocean thermal energy conversion buoy for ocean activity surveillance
IT202100000953A1 (it) * 2021-01-20 2022-07-20 Faymonville Distrib Ag Metodo ed impianto idraulico a circuito chiuso di motorizzazione per il controllo della movimentazione di un veicolo da trasporto
WO2023234910A1 (fr) * 2022-06-01 2023-12-07 Biletskyi Viktor Procédé de conversion d'énergie thermique externe en travail mécanique et dispositif de mise en oeuvre du procédé
FR3138938A1 (fr) * 2022-08-22 2024-02-23 Leonello Acquaviva Machine thermique à basse température utilisant un cycle de puissance à co2 supercritique (s-co2)
WO2024047380A1 (fr) * 2022-08-31 2024-03-07 Karahan Ahmet Production de puissance micro-électrique à partir d'énergie thermique de combustion externe, à l'aide d'une oscillation de pression sur des pistons liquides d'huile chaude (pslp)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3100965A (en) * 1959-09-29 1963-08-20 Charles M Blackburn Hydraulic power supply
US3611723A (en) * 1969-11-13 1971-10-12 Hollymatic Corp Hydraulic turbine and method
US3608311A (en) * 1970-04-17 1971-09-28 John F Roesel Jr Engine
US3648458A (en) * 1970-07-28 1972-03-14 Roy E Mcalister Vapor pressurized hydrostatic drive
US4442677A (en) * 1980-11-17 1984-04-17 The Franklin Institute Variable effect absorption machine and process
JP2730006B2 (ja) * 1990-06-21 1998-03-25 運輸省船舶技術研究所長 カルノ―サイクルに従って動作する往復動外燃機関
GB2251639B (en) * 1991-01-10 1994-07-27 Robert Colin Pearson Remote control apparatus
JP2887216B2 (ja) * 1991-07-04 1999-04-26 東京瓦斯株式会社 ヒートポンプ装置
US5579640A (en) * 1995-04-27 1996-12-03 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The Environmental Protection Agency Accumulator engine
GB9522231D0 (en) * 1995-10-31 1996-01-03 Dantec Services Ltd Method and apparatus for driving a rotor
DE102004003694A1 (de) * 2004-01-24 2005-11-24 Gerhard Stock Anordnung zum Umwandeln von thermischer in motorische Energie
US20070101989A1 (en) * 2005-11-08 2007-05-10 Mev Technology, Inc. Apparatus and method for the conversion of thermal energy sources including solar energy

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

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