FR2547399A1 - Heat pump with high performance coefficient - Google Patents

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Abstract

An adiabatic compressor C delivers air - or any other practically perfect gas - through a heat exchanger 2, 3 where it gives up its compression heat, into a reservoir 4, from which it actuates a motor D, recovering its elastic energy by isothermal pressure reduction at ambient temperature T0. The cycle obtained, in the form of a curved triangle, has the property of taking heat from the cold source with a performance coefficient which is greater than the inverse of the Carnot efficiency between the two extreme temperatures T and T0. It then becomes possible to couple this heat pump to a prime mover, of which it constitutes the hot source, and to obtain the conversion into mechanical energy of the internal heat of a natural element taking the place of the cold source.

Description

On sait que le rendement thermique # 7 OU coefficient de performance d'une pompe 3 chaleur est le rapport de la chaleur obtenue Q à l'énergie mo trice W dépensée pour actionner celle-ci,soit,en unités adaptées,
g = JQ /W
D'après la théorie et la technique conventionnelles, ce rendement ne saurait être supXrieur à l'inverse du rendement Carnot Rc défini par les températures extrêmes Toet T, de fonctionnement de la pompe à chaleur, soit # # 1/Rc
I1 va de soi qu'il serait souhaitable de dépasser cette limitation, ne serait-ce qu'en raison de l'augmentation de rentabilité de 5 pompes à chaleur qui en rdsulterait. Mais un tel résultat aurait une portée beaucoup plus considérable . En effet, en posant d > 1/Rc ce qui peut s'écrire # Rc > 1 relation qui sera désignée par " condition (1) " dans ce qui suit, il devient possible d'obtenir de l'énergie motrice aux dépens de l'énergie thermique des éléments naturels c'est b dire aux dépens de la chaleur ambiante terrestre.
It is known that the thermal efficiency # 7 OR coefficient of performance of a heat pump 3 is the ratio of the heat obtained Q to the motor energy W expended to drive it, that is, in suitable units,
g = JQ / W
According to conventional theory and technique, this efficiency can not be higher than the Rc Carnot efficiency defined by the extreme heat pump Toet T operating temperatures, ie # # 1 / Rc
It goes without saying that it would be desirable to exceed this limitation, if only because of the increase in the profitability of heat pumps which would result. But such a result would have a much greater significance. Indeed, by putting d> 1 / Rc which can be written # Rc> 1 relation which will be designated by "condition (1)" in what follows, it becomes possible to obtain motive energy at the expense of the thermal energy of natural elements is to say at the expense of terrestrial ambient heat.

La conversion de chaleur ambiante en énergie motrice a été considérée jusqu'à ce jour comme utopique bien qu'il n'existe en thermodynamique aucune démonstration de son impossibilité. L'élément décisif en serait une pompe à chaleur remplissant la condition (1) comme cela sera démontré plus loin. The conversion of ambient heat into motive power has been considered up to this day as utopian although there is no evidence in thermodynamics of its impossibility. The decisive element would be a heat pump fulfilling the condition (1) as will be demonstrated later.

Or la conversion dont il s'agit est la propriétX spécifique de la déten- te isothermique d'un gaz parfait maintenu b la température ambiante.Le travail gui en résulte est le produit exclusif de l'énergie thermique interne U de la source de chaleur au contact de Laquelle ce gaz conserve satempérature constante. Now, the conversion in question is the specific property of the isothermal hold of an ideal gas maintained at room temperature. The resultant work is the exclusive product of the internal heat energy U of the heat source. in contact with which this gas keeps satemperature constant.

En conséquence, la présente invention a pour objet une pompe à chaleur à haut rendement remplissant la condition (1). Elle vise en outre l'association de ce type de pompe 3 chaleur aveo une machine thermique motriceen vue d'obtenir la conversion de chaleur ambiante en énergie utilisable.  Accordingly, the present invention relates to a high efficiency heat pump fulfilling the condition (1). It also aims at the combination of this type of heat pump with a motor thermal machine to obtain the conversion of ambient heat to usable energy.

La pompe b chaleur objet de l'invention est du type " machine å air c'est à dire qu'elle utilise comme fluide actif un gaz pratiquement parfait tel que l'air - ou tout autre gaz. Elle est essentiellement caractérisée par l'in- troduction, dans son mXcanisme, d'un moteur å détente isothermique dont l'6ner- gie vient en diduction de l'énergie motrice nécessaire b l'actionner de manière à obtenir le cycle de transformations suivant :
a) Compression adiabatique.
The heat pump object of the invention is of the "air machine" type, that is to say that it uses as active fluid a virtually perfect gas such as air - or any other gas, it is essentially characterized by the introduction, in its mechanics, of an isothermal expansion motor whose energy comes from the motor energy necessary to operate it so as to obtain the following cycle of transformations:
a) Adiabatic compression.

b) Iransfert de la chaleur de compression au milieu utilisateur par un échangeur de températures qui ramène le gaz à sa température initiale
c) Détente isothermic,ue =
Selon une de ses modalités préférées de réalisation l'invention prévoit également des moyens pour réaliser un moteur b détente isothermique.Ce dernier
est essentiellement caractérisé par le fait que la chambre à volume variable
dans laquelle s'effectue la détente d'un moteur à gaz se compose d'un soufflet métallique dont les replis sont conditionnés pour l'obtention d'une grande surfa
ce de contact favorisant les échanges de chaleur par convection et dont le con
tenu gazeux est maintenu à température substantiellement constante, égale à
la température ambiante extérieure,par un moyen tel que soufflerie ou circula
tion d'eau agissant de l'extérieur.
b) Transfer of the heat of compression to the user medium by a heat exchanger which brings the gas back to its initial temperature
c) Isothermic relaxation, ue =
According to one of its preferred embodiments, the invention also provides means for producing an isothermal engine.
is essentially characterized by the fact that the variable volume chamber
in which is carried out the relaxation of a gas engine consists of a metal bellows whose folds are conditioned to obtain a large surface
this contact favoring heat exchange by convection and whose con
gaseous is maintained at substantially constant temperature, equal to
the outside ambient temperature, by means such as a blower or circula
water acting from the outside.

En particulier, la paroi à replis de ce soufflet peut être réalisée par l'empilage d'une pluralité d'anneaux minces et flexibles,obtenus à partir de disques d'u n métal très bon conducteur de la chaleur,percés d'un orifice cen tral et soudés les uns aux autres alternativement par leurs périphéries internes et externes. L'orifice central est d'un diamètre faible par rapport au grand diamètre, tout au plus égal au tiers de ce dernier, de manière à favoriser au maximum la turbulence du gaz introduit, lui assurant ainsi le meilleur con tact thermique avec la paroi plissée. In particular, the folded wall of this bellows can be made by stacking a plurality of thin and flexible rings, obtained from disks of a metal very good conductor of heat, pierced with an orifice cen tral and welded to each other alternately by their inner and outer peripheries. The central orifice is of small diameter relative to the large diameter, at most equal to one third of the latter, so as to promote maximum turbulence of the introduced gas, thus ensuring the best thermal contact with the pleated wall .

La chambre expansible ainsi formée est munie de deux fonds, l'un fixe formant culasse et comportant un système de distribution à soupapes, l'autre mobile actionnant un embiellage. Ce moteur est accouplé mécaniquement avec le compresseur et son couple moteur vient en déduction du couple que doit fournir le moteur principal d'entrainement de la pompe à chaleur. The expandable chamber thus formed is provided with two bottoms, one fixed forming a cylinder head and having a valve distribution system, the other movable actuating a linkage. This motor is mechanically coupled with the compressor and its engine torque is deducted from the torque that must be provided by the main drive motor of the heat pump.

L'invention vise enfin un convertisseur de chaleur ambiante en énergie motrice essentiellement caractérisé par l'association d'une pompe à chaleur du type qui vient d'être décrit et d'une machine thermique à rendement suffisant et autrement quelconque utilisée en moteur. La première alimente en chaleur la seconde qui, réciproquement, lui fournit de l'énergie motrice. Finally, the invention relates to an ambient heat converter in driving energy essentially characterized by the combination of a heat pump of the type just described and a heat engine with sufficient efficiency and otherwise used as a motor. The first supplies heat to the second, which reciprocally furnishes it with motive energy.

Notamment, ces deux machines ont pour source froide commune l'énergie thermique interne d'wn élément naturels la température ambiante. La pompe à chaleur transmet la chaleur de compression de son gaz actif au fluide actif de la machine motrice par un échangeur de températures. In particular, these two machines have as a common cold source the internal thermal energy of natural elements at room temperature. The heat pump transmits the heat of compression of its active gas to the working fluid of the prime mover by a heat exchanger.

Selon un mode de réalisation préféré l'invention prévoit, en particulier, d'utiliser pour cette combinaison une machine à vapeur. According to a preferred embodiment the invention provides, in particular, to use for this combination a steam engine.

L'invention sera de toutes façons bien comprise en se référant à la description qui suit d'une de ses formes de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif ainsi qu'aux dessins qui l'illustrent. The invention will be understood in any case with reference to the following description of one of its embodiments given by way of non-limiting example and to the drawings which illustrate it.

La figure 1 représente schématiquement une pompe à chaleur conforme à 1 invention.  Figure 1 schematically shows a heat pump according to the invention.

La figure 2 représente schématiquement, en coupe les détails essentiels d'un moteur à détente isothermique objet de l'invention
La figure 3 représente schématiquement une machine à vapeur susceptible d'être branchée aux sorties A,B de la pompe à chaleur.
FIG. 2 schematically represents, in section, the essential details of an isothermal expansion motor which is the subject of the invention
Figure 3 shows schematically a steam machine that can be connected to the outputs A, B of the heat pump.

La figure 4 est un diagramme destiné à illustrer la théorie de la pompe à chaleur. Fig. 4 is a diagram for illustrating the theory of the heat pump.

Dans le circuit 1 , figure 1 , de la pompe à chaleur,se trouvent successivement un compresseur adiabatique C , la tubulure primaire 2 d'un échangeur de chaleur, associée à une tubulure secondaire 3 dont les sorties sont indi quées A,B, un réservoir 4 d'air comprimé et, enfin, un moteur D,à détente isothermique fonctionnant à l'air comprimé. In the circuit 1, FIG. 1, of the heat pump, there is successively an adiabatic compressor C, the primary tubing 2 of a heat exchanger, associated with a secondary tubing 3 whose outputs are indicated A, B, a tank 4 of compressed air and finally a motor D, isothermal expansion operating with compressed air.

L'air sec constituant un gaz pratiquement parfait, la présente description fait état de ce gaz comme fluide actif de la pompe à chaleur mais il va de soi que tout autre gaz équivalent peut être utilisé. Since dry air constitutes a virtually perfect gas, the present description refers to this gas as the active fluid of the heat pump, but it goes without saying that any other equivalent gas can be used.

L'échangeur de chaleur fonctionne de manière classique par échange des températures des fluides circulant dans les tubulures 2 et 3 à contre sens, coml'indiquent les flèches. De l'air chaud entre à la température T, dans le tubu lure 2 pour en ressortir à la température To+ voisine de T,. Le fluide du circuit d'utilisation entre dans la tubulure 3 à la température TD pour en ressortir à celle T,- s , voisine de T,. Les deux tubulures sont concentriques et isolées contre les pertes extérieures. Si leur longueur est suffisante et la conductibilité de la tubulure intérieure 3 optimale, l'écart constant des températures nomme " température de transfert " est relativement faible et peut être négligé dans les calculs théoriques.Les fluides ont alors échangé leurs températures si leur débit a été convenablement réglé en fonction de leurs capacités calorifiques. The heat exchanger operates in a conventional manner by exchanging the temperatures of the fluids circulating in the tubings 2 and 3 in opposite directions, as indicated by the arrows. Hot air enters the temperature T in the tubu lure 2 to come out at the temperature To + close to T ,. The fluid of the use circuit enters the tubing 3 at the temperature TD to come out to that T, - s, close to T ,. The two tubes are concentric and isolated against external losses. If their length is sufficient and the conductivity of the inner tubing 3 optimal, the constant temperature difference called "transfer temperature" is relatively low and can be neglected in the theoretical calculations. The fluids then exchanged their temperatures if their flow has been properly adjusted to their heating capacities.

L'invention reposant sur la pratique de la détente isothermique, le moteur D ,dont les détails essentiels sont représentés figure 3 ,en est l'élément principal, nommé dans ce qui suit " moteur isothermique " . I1 est bien précisé qu'on ne sortirait pas du cadre général de l'invention en utilisant un moteur isothermique de construction quelconque. Toutefois, l'obtention de la détente isothermique d'un gaz pose un problème technique dont l'invention propose une solution . En effet, dans un cylindre à piston, le gaz se détend sans turbulenc et une partie importante de sa masse n'entre pas en contact avec les parois ave lesquelles il n'échange que peu de chaleur.La courbe de détente se rapproche de l'adiabatique donc le gaz se refroidit. The invention is based on the practice of isothermal expansion, the engine D, whose essential details are shown in Figure 3, is the main element, named in the following "isothermal engine". It is clearly stated that the general scope of the invention would not be exceeded by using an isothermal motor of any construction. However, obtaining the isothermal expansion of a gas poses a technical problem which the invention proposes a solution. Indeed, in a piston cylinder, the gas relaxes without turbulence and a large part of its mass does not come into contact with the walls with which it exchanges only little heat. The relaxation curve is closer to the adiabatic so the gas cools.

Pour éviter cela, il importe^d'augmenter la surface d'échange de chaleu et de faire en sorte, gr3ce à une certaine turbulence provoquée, que toutes les molécules aient rencontré une paroi conductrice de la chaleur.Pour supprimer toi artifice, il suffirait d'envisager un moteur très lent mais sa lenteur serait prohibitive,
En conséquence, l'invention prévoit de remplacer cylindre et piston paI un soufflet. Cette technique ancienne est connue en soi dans maintes applicatic mais la disposition inventive proposée repose sur l'utilisation des replis dela paroi du soufflet convenablement dimensionnés pqur favoriser à la fois la turbulence et l'importance de la surface d'échange, pourvu que celle ci soit formée d'un matériau bon conducteur de la chaleur.Ainsi que le montre la figure 2 la chambre d'expansion de l'air comprimé est constituée par une sorte d'accordéon métallique composé d'éléments annulaires tels que 5 d'un métal mince et flexible,soudés alternativement sur leurs périphéries extérieure et intérieure.
To avoid this, it is important to increase the heat exchange surface and to make sure, thanks to a certain induced turbulence, that all the molecules have encountered a heat-conducting wall.To suppress the artifice, it would suffice to consider a very slow engine but its slowness would be prohibitive,
Accordingly, the invention provides for replacing the cylinder and the piston with a bellows. This ancient technique is known per se in many applicatic but the proposed inventive layout is based on the use of folds of the wall of the bellows suitably sized to promote both the turbulence and the importance of the exchange surface, provided that it The pressure expansion chamber of the compressed air is constituted by a kind of metallic accordion composed of annular elements such as a metal thin and flexible, alternately welded on their outer and inner peripheries.

Afin de favoriser l'effet requis, le diamètre d intérieur des éléments annulaires est relativement réduit par rapport à leur diamètre extérieur, le tiers ou moins. Cette chambre est fermée,à une extrémité,par une culasse 6 et,à l'autre, par un fond mobile 7 solidaire d'une tige à crosse 8 , guidée par une glissière 9 et sur laquelle s'articule une bielle 10 actionnant le maneton 11 de l'arbre moteur 12 . Une soufflerie 13 assure la constance de la-température de la paroi du soufflet.On peut aussi utiliser à cet effet une circulation d'eau.In order to promote the required effect, the inside diameter of the annular elements is relatively small compared to their outer diameter, the third or less. This chamber is closed, at one end, by a cylinder head 6 and, at the other, by a movable bottom 7 secured to a rod with a stick 8, guided by a slide 9 and on which is articulated a connecting rod 10 actuating the crankpin 11 of the motor shaft 12. A wind tunnel 13 ensures the constancy of the temperature of the wall of the bellows. It is also possible to use a circulation of water for this purpose.

La culasse 6 comporte un système de distribution à soupapes comprenant une entrée d'admission 14 commandée par une soupape 15 et une sortie d'échappement 16 commandée par une soupape 17. La commande de la soupape d'admission 15 est telle que l'air admis à chaque temps se limite au volume référencié v,, figure 4,de manière à se détendre selon l'isotherme asc et occuper le volume vO à sa pression minimale p,, ayant été introduit à la pression initiale p,. The cylinder head 6 comprises a valve distribution system comprising an intake inlet 14 controlled by a valve 15 and an exhaust outlet 16 controlled by a valve 17. The control of the intake valve 15 is such that the air admitted at each time is limited to the volume referenced v ,, Figure 4, so as to relax according to the asc isotherm and occupy the volume vO at its minimum pressure p ,, having been introduced at the initial pressure p ,.

Quant à la soupape d'échappementl7,elles'ouvre au bon moment, dès que la chambre en accordéon commence à se rétracter, ce qui a pour effet de vider cette dernière de l'air détendu . La pression minimale p0peut:correspondre à la pression atmosphérique bien que ce ne soit pas une obligation théorique. Pratiquement cela présente l'avantage de pouvoir mettre un point du circuit à l'air libre pourvu qu'il se trouve en ce point un système de protection de l'air intérieur contre l'humidité. On peut encore disposer la pompe à chaleur dans un caisson étanche, afin de l'entourer d'air sous pression de manière à augmenter la masse calorifique mise en oeuvre et compenser ainsi la faible chaleur spécifique de ce gaz.Mais toutes ces dispositions sont l'affaire de la technique de réalisation et ne sont pas visées par la présente invention
Ce moteur isothermique constituant un dispositif récupérateur d'énergie, il se trouve accouplé par un système de transmission non représenté au compresseur C de telle sorte que conformément au bût de l'invention l'énergie motrice à fournir audit compresseur soit diminuée d'autant.
As for the exhaust valve 17, it opens at the right moment, as soon as the accordion chamber begins to retract, which has the effect of emptying the latter of the relaxed air. The minimum pressure can: correspond to the atmospheric pressure although it is not a theoretical obligation. Practically this has the advantage of being able to put a point of the circuit in the open air provided that there is at this point a system of protection of the indoor air against moisture. The heat pump can also be placed in a watertight box in order to surround it with pressurized air so as to increase the calorific mass used and thus compensate for the low specific heat of this gas. the case of the production technique and are not covered by the present invention
This isothermal motor constituting an energy recovery device, it is coupled by a transmission system not shown to the compressor C so that according to the invention of the invention the motive power to provide said compressor is reduced accordingly.

On précise que le moteur isothermique D est une machine lente et volumineuse et qu'il est difficile d'envisager que son arbre 13 soit commun avec celui du compresseur C
Les sorties A,B de la tubulure secondaire de l'échangeur peuvent être branchées sur un circuit d'utilisation quelconque contenant un fluide approprié.
It is specified that the isothermal engine D is a slow and bulky machine and that it is difficult to envisage that its shaft 13 is common with that of the compressor C
The outlets A, B of the secondary pipe of the exchanger can be connected to any use circuit containing a suitable fluid.

I1 est également loisible, pour le chauffage de locaux, de remplacer l'échangeur par un ou plusieurs convecteurs introduits dans le circuit primaire. It is also possible, for space heating, to replace the exchanger with one or more convectors introduced into the primary circuit.

Mais, l'objectif essentiel de l'invention consiste à associer cette pompe à chaleur à une machine thermique motrice dont elle constitue la source chaude,la source froide commune étant un élément naturel à la température ambiante. However, the essential objective of the invention consists in associating this heat pump with a driving thermal machine of which it constitutes the hot source, the common cold source being a natural element at ambient temperature.

En effet, en mettant en oeuvre des machines très bien construites, ayant de très bons rendements réels , il peut être possible de conserver la condition (1) avec ces rendements réels,soit 1 < #'R' < # Rc (1')
Comme cela sera démontré plus loin, un gain d'énergie motrice en résulte aux dépens de l'énergie interne U de la source froidewet le dispositif peut fonctionner tout seul, en accouplant la pompe à chaleur à la machine motrice.
Indeed, by implementing very well built machines, with very good real yields, it may be possible to keep the condition (1) with these real yields, ie 1 <# 'R'<# Rc (1 ')
As will be demonstrated later, a motor energy gain results at the expense of the internal energy U of the cold source and the device can operate by itself, by coupling the heat pump to the prime mover.

Il n'y a là aucune infraction à la loi de la conservation de l'énergie sachant que le premier principe ou principe d'équivalence n'impose aucune limitation à la transformation en travail mécanique d'une quantité de chaleur obtenue aux dépens de l'énergie interne d'une source de chaleur. On a simplement
dU = dQ - dW (2)
Les faibles variations de températures et de pressions mises en oeuvre dans ie présent système permettent de s'en tenir à l'hypothèse d'un gaz parfait pour en raire la théorie Or, ainsi qu'il ressortira des calculs qui suivent si les lois des gaz parfaits respectent le premier principe, elle ne respectent pas le sacond dans certains cas où intervient la détente isothermique.
There is no breach of the law of conservation of energy knowing that the first principle or principle of equivalence imposes no limitation to the transformation into mechanical work of a quantity of heat obtained at the expense of internal energy of a heat source. We simply
dU = dQ - dW (2)
The slight variations of temperature and pressure used in the present system allow us to hold to the hypothesis of a perfect gas for the theory of gold, as will be apparent from the calculations which follow if the laws of Perfect gases respect the first principle, they do not respect the sacond in certain cases where the isothermal relaxation intervenes.

Les entrée et sortie A,B de l'échangeur de la figure 1 sont reportées en figura 3 où elles se trouvent prolongées par le circuit 19 d'une machine à vapeur . Celle-ci comporte à la manière classique, un bouilleur évaporateur représenté par un ballon 20 dans lequel le fluide actif passe de l'état liquide à l'état gazeux à la température T,- E voisine de , La vapeur ainsi formée actionne le moteur M puis se refroidit dans le condenseur 21 qui la ramène à la température ambiante Tc. Le liquide reformé est réintroduit à l'entrée 0 dans l'échangeur par une pompe 22
La théorie de ce dispositif est la suivante
En se reportant au diagramme de la figure 4 , on voit que le travail rdU compresseur C est proportionnel à l'aire p,b a pO représentant une compres son adiabatiqueXselon la ligne ab suivie d'un travail de refoulement à pression p,constante,compte tenu de la capacité relativement grande du réservoir 4.
The inlet and outlet A, B of the exchanger of Figure 1 are shown in Figure 3 where they are extended by the circuit 19 of a steam engine. This comprises in the conventional manner, an evaporator boiler represented by a balloon 20 in which the active fluid passes from the liquid state to the gaseous state at the temperature T, - E close to, The steam thus formed actuates the engine M then cools in the condenser 21 which brings it back to room temperature Tc. The reformed liquid is reintroduced to the inlet 0 in the exchanger by a pump 22
The theory of this device is as follows
Referring to the diagram of FIG. 4, it can be seen that the work of the compressor C is proportional to the area p, where ba represents an adiabatic sound compression X along the line ab followed by a pressure work at a pressure p, constant, account given the relatively large capacity of the tank 4.

Au cours de ce rafoulement,l'air se refroidit dans l'échangeur,canalisation 2 puis va dans le réservoir 4 à la température To+ @ très voisine de To. Dans ce qui suit, on considère la quantité E comme négligeable.Les symboles Cp,Cv désignent les deux chaleurs spécifiques d'un gaz parfait à pression et volume cons tants , leur rapport &gamma; = Cp/Cv valant 1,41 pour l'air.D'autre part, il est commode d'utiliser le rapport k = T@/To, supérieur à 1 , dans les calculs. During this flow, the air cools in the heat exchanger, pipe 2 then goes into the tank 4 at the temperature To + @ very close to To. In the following, we consider the quantity E as negligible. The symbols Cp , Cv designate the two specific heats of a perfect gas at constant pressure and volume, their gamma ratio; = Cp / Cv is 1.41 for air. On the other hand, it is convenient to use the ratio k = T @ / To, greater than 1, in the calculations.

La compression adiabatique s'effectuant sans échange de chaleur avec l'extérieur, travail et chaleur produite sont équivalents; on a Wc = JCp(T,- To), soit, en tenant compte de k
Wc = JCpTo(k-l) (3) tandis que la chaleur produite,ayant pour valeur Q = CpT(k-l),peut être considérée comme intégralement transférée à la machine motrice M en négligeant E
Le travail produit par le moteur isothermique D et restitué au compresseur est proportionnel à l'aire p,b a Po, engendrée par une détente isothermique selon le segment ac d'une hyperbole équilatère. L'opération représente un travail dont la valeur s'exprime par la relation Wi = PoVoLog v/v, soit encore Wi = RTo Log vO/v, .Sachant que d'après la loi de Mayer , R = J(Cp-Cv), ce qui peut s'écrire R = JCp(&gamma;-1),et que (vo/v@)###= k , il vient finalement,
Wi = JCpToLog k (4)
Par suite, le travail moteur à fournir pour actionner la pompe à chaleur est proportionnel à l'aire en forme de triangle curviligne a b c et est la différence Wc-Wi soit
Wp = JCpTo(k-l-Logk) (5)
Puisque Wc est l'équivalent mécanique de la chaleur abandonné? à 1'é- changeur par la pompe à chaleur, le coefficient de performance de celle-ci est:: d k-l-Logk 1 - Logk/(k-l) (6)
Compte tenu de la valeur du rendement Carnot Rc - (k-l)/k, le produit p Rc prend la forme d'une fonction de k suivante k-1
f(k) = # Rc =
k( 1 - logk/(k-1))
Cette fonction prend la valeur 2 pour k = 1 et tend vers celle 1 lorsque k tend vers l'infini. Pour les faibles écarts de températures,#T=T1-T0, elle reste voisine de 2 et ce, jusqu'd AT = 100 degrés, environ . En posant 1 # Rs.f(k) la quantité Rs est le rendement de seuil global au delà duquel le système produit de l'énergie. Pour les #T usuels Rs est donc voisin de 50% . C'est ainsi que pour AT = 35 , il vient f(k) = 1,93 2 Rs = 52% . En envisageant l'égalité des rendements organiques de la pompe à chaleur et de la machine motrice, compte tenu de la température de transfert , le rendement organique de seuil indivi duel de chacune de ces machines se situe autour de la valeur r = V Rs S 72%.
The adiabatic compression taking place without heat exchange with the outside, work and heat produced are equivalent; we have Wc = JCp (T, - To), that is, taking into account k
Wc = JCpTo (kl) (3) while the heat produced, having the value Q = CpT (kl), can be considered as integrally transferred to the motor machine M while neglecting E
The work produced by the isothermal motor D and returned to the compressor is proportional to the area p, ba Po, generated by an isothermal expansion according to the ac segment of an equilateral hyperbola. The operation represents a work whose value is expressed by the relation Wi = PoVoLog v / v, that is again Wi = RTo Log vO / v, .Signing that according to Mayer's law, R = J (Cp-Cv ), which can be written as R = JCp (&gamma; -1), and that (vo / v @) ### = k, it finally comes,
Wi = JCpToLog k (4)
As a result, the motor work to be provided to operate the heat pump is proportional to the area in the form of a curvilinear triangle abc and is the difference Wc-Wi is
Wp = JCpTo (kl-Logk) (5)
Since Wc is the mechanical equivalent of abandoned heat? at the heat exchanger, the coefficient of performance thereof is: d kl-Logk 1 - Logk / (kl) (6)
Taking into account the value of the Carnot yield Rc - (kl) / k, the product p Rc takes the form of a function of k following k-1
f (k) = # Rc =
k (1 - logk / (k-1))
This function takes the value 2 for k = 1 and tends to that 1 when k tends to infinity. For small temperature differences, # T = T1-T0, it remains close to 2 and up to AT = 100 degrees, approximately. By setting 1 # Rs.f (k) the quantity Rs is the overall threshold yield above which the system produces energy. For the usual #Ts Rs is therefore close to 50%. Thus for AT = 35, it comes f (k) = 1.93 2 Rs = 52%. By considering the equality of the organic yields of the heat pump and the prime mover, taking into account the transfer temperature, the organic yield of the individual threshold of each of these machines is around the value r = V Rs S 72%.

Au delà de cette valeur, le système devient producteur d'énergie aux dépens de la source naturelle de chaleur ambiante utilisée comme source froide. Beyond this value, the system becomes energy producer at the expense of the natural source of ambient heat used as a cold source.

Une application des plus intéressantes du dispositif objet de l'invention peut consister en la conversion de l'énergie thermique des mers en force motrice en vue de la propulsion des navires.  One of the most interesting applications of the device which is the subject of the invention may be the conversion of the thermal energy of the seas into motive power with a view to the propulsion of the ships.

Claims (2)

REVENDICATIONS 1.- Pompe à chaleur à coefficient de performance élevé, supérieur à l'inverse du rendement Carnot correspondant à ses deux températures extrêmes TOet T, utilisant de l'air ou tout autre gaz pratiquement parfait comme fluide actif, essentiellement caractérisée par la combinaison d'un compresseur adiabatique, d'un échangeur de températures et d'un moteur récupérant l'énergie élastique du gaz,après son passage dans l'échangeur, muni de moyens pour que cette récupération procède d'une détente isothermique de telle sorte que ce gaz subisse le cycle de transformation 2 en forme de triangle curviligne (fig.4), suivant1.- Heat pump with a high coefficient of performance, superior to the inverse of the Carnot yield corresponding to its two extreme temperatures TOet T, using air or any other almost perfect gas as active fluid, essentially characterized by the combination of an adiabatic compressor, a heat exchanger and a motor recovering the elastic energy of the gas, after passing through the exchanger, provided with means for this recovery to proceed from isothermal expansion so that this gas undergoes the cycle of transformation 2 in the form of a curvilinear triangle (fig.4), following a) Compression adiabatique et échauffement à partir de l'état poTo jusqu'à celui p,T, , pO et p, désignant les pressions extrêmes. a) Adiabatic compression and heating from the state poTo to that p, T,, pO and p, designating the extreme pressures. b) Refoulement à l'état p,T, dans l'échangeur de températures où il cède sa chaleur de compression au milieu utilisateur pour en sortir a l'état p,To.  b) discharge in the state p, T, in the heat exchanger where it gives its compression heat to the user medium to exit in the state p, To. c) Détente isothermique de l'état p,To à celui poTo 2.- Pompe à chaleur selon la revendication 1 essentiellement caractérisée par le fait que le moteur à détente isothermique incorporé a son mécanisme comporte une chambre de détente a volume variable consistant en un soufflet dont la paroi plissée, conductrice de la chaleur, est agencée pour présenter une surface maximale par ses replis, un moyen extérieur étant prévu pour maintenir la température de cette paroi, et celle du gaz intérieur , à une valeur très voisine de celle de la tempXrature To d'un élément naturel pris comme source froide. c) Isothermal relaxation from p, To state to poTo 2.- Heat pump according to claim 1, essentially characterized by the fact that the incorporated isothermal expansion engine has its mechanism comprises a variable volume expansion chamber consisting of a bellows whose folded wall, heat conducting, is arranged to have a maximum surface by its folds, an outer means being provided to maintain the temperature of this wall, and that of the inner gas, to a value very close to that of the tempXrature To of a natural element taken as a cold source. Pompe a chaleur selon la revendication 2 essentiellement caractérisée par le fait que le moyen extérieur destiné a maintenir la paroi du soufflet à une température très voisine de To consiste en une soufflerie utilisant l'air atmosphérique comme élément naturel 4.- Pompe à chaleur selon la revendication 2 essentiellement caractérisée par le fait que le moyen extérieur destiné à maintenir la paroi du soufflet à une température très voisine de To consiste en une circulation d'eau. Heat pump according to Claim 2, essentially characterized in that the external means for maintaining the wall of the bellows at a temperature very close to To consists of a blower using the atmospheric air as a natural element 4. - Heat pump according to the claim 2 essentially characterized in that the outer means for maintaining the wall of the bellows at a temperature very close to To consists of a circulation of water. 5.- Pompe a chaleur selon la revendication 1 essentiellement caractérisée par le fait qu'elle fonctionne en combinaison avec une machine thermique motrice pour laquelle elle tient lieu de source chaude tandis que celle-ci lui fournit l'énergie mécanique nécessaire à son fonctionnement, un élément naturel à la température ambiante To tenant lieu de source froide commune 6.- Pompe a chaleur selon la revendication 5 essentiellement caractérisée par le fait que la machine thermique associée fonctionne suivant le mode machine à vapeur. 5. A heat pump according to claim 1 essentially characterized in that it operates in combination with a driving thermal machine for which it acts as a hot source while it provides the mechanical energy necessary for its operation, a natural element at room temperature To instead of common cold source 6.- Heat pump according to claim 5 essentially characterized in that the associated thermal machine operates according to the steam engine mode.
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