FR2958685A1

FR2958685A1 - THERMAL MOTOR WITHOUT FUEL.

Info

Publication number: FR2958685A1
Application number: FR1001559A
Authority: FR
Inventors: Denis Philippe Baron
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-12
Filing date: 2010-04-12
Publication date: 2011-10-14
Also published as: FR2958686A1; WO2011128520A1; FR2958687A1

Abstract

Dispositif (1) produisant de l'énergie mécanique à partir de la conversion d'énergie thermique véhiculée par deux fluides (16) et (17) à températures différentes circulant alternativement dans le premier milieu (5) d'un échangeur thermique (4) induisant des variations alternatives de température et de pression dans le deuxième milieu (6) de l'échangeur (4) qu'un piston (18) transforme en mouvement alternatif exploitable en tant qu'énergie mécanique ou transformable en énergie électrique (11). Les fluides peuvent être, par exemple, l'air ambiant et l'air provenant d'un puits provençal. On peut raccorder le dispositif (1) à un réseau électrique auquel il peut fournir de l'énergie électrique.Device (1) producing mechanical energy from the conversion of thermal energy carried by two fluids (16) and (17) at different temperatures flowing alternately in the first medium (5) of a heat exchanger (4) inducing alternating variations of temperature and pressure in the second medium (6) of the exchanger (4) that a piston (18) converts into usable reciprocating motion as mechanical energy or transformable into electrical energy (11). The fluids may be, for example, ambient air and air from a Provençal well. The device (1) can be connected to an electrical network to which it can supply electrical energy.

Description

-1- La présente invention concerne les moteurs thermiques fonctionnant à partir d'une différence de température entre deux fluides. The present invention relates to heat engines operating from a temperature difference between two fluids.

Il existe des machines thermiques qui extraient de l'énergie de l'environnement, du milieu ambiant comme les pompes à chaleur. Mais leur fonctionnement peut être complexe et nécessiter un entretien sérieux pour ne pas risquer de pannes. D'autre part ces machines absorbent pour leur fonctionnement une quantité d'énergie non négligeable provenant souvent d'un réseau électrique. Il existe aussi des moteurs thermiques, comme les moteurs Stirling, qui fonctionnent avec une différence de température entre deux fluides. Mais pour obtenir un fonctionnement correcte cette différence de température doit être élevée, de l'ordre de plusieurs centaines de degrés Celsius d'où la nécessité de mettre en oeuvre des moyens comme une parabole solaire ou un chauffage à base de carburant et de comburant. There are thermal machines that extract energy from the environment, from the environment such as heat pumps. But their operation can be complex and require serious maintenance to avoid the risk of breakdowns. On the other hand these machines absorb for their operation a significant amount of energy often coming from an electrical network. There are also heat engines, such as Stirling engines, that work with a difference in temperature between two fluids. But to obtain a correct operation this temperature difference must be high, of the order of several hundred degrees Celsius hence the need to implement means such as a solar dish or heating fuel and oxidant.

Le dispositif de la présente invention a pour but de produire de l'énergie mécanique, transformable en énergie électrique, sans les inconvénients cités précédemment c'est-à-dire une machine de composition simple, ne consommant pas de carburant et, dans la meilleure des configurations, ne consommant pas d'énergie électrique extérieure pour son propre fonctionnement, étant entendu que ledit dispositif extrait de l'énergie thermique d'un milieu extérieur à lui-même pour la transformer en énergie mécanique. The device of the present invention aims to produce mechanical energy, transformable into electrical energy, without the aforementioned drawbacks that is to say a machine of simple composition, consuming no fuel and, in the best configurations, consuming no external electrical energy for its own operation, it being understood that said device extracts thermal energy from an external medium to itself to transform it into mechanical energy.

Selon une première caractéristique, le premier des deux milieux d'un échangeur thermique est parcouru alternativement par deux fluides qui ont chacun une température différente de l'autre fluide, produisant des variations alternatives de la température dudit premier milieu. According to a first characteristic, the first of the two media of a heat exchanger is traversed alternately by two fluids which each have a temperature different from the other fluid, producing alternating variations of the temperature of said first medium.

Le deuxième milieu de l'échangeur thermique fait partie d'une enceinte close contenant un fluide dont la température varie alternativement selon lesdites variations alternatives de la température du premier milieu de l'échangeur thermique. Ces variations alternatives de température dans ladite enceinte y produisent des variations alternatives de la pression. Ladite enceinte est reliée de manière étanche à au moins un moteur qui transforme lesdites variations alternatives de la pression en mouvement et donc en énergie mécanique. The second medium of the heat exchanger is part of a closed chamber containing a fluid whose temperature varies alternately according to said alternating variations of the temperature of the first medium of the heat exchanger. These alternative temperature variations in said enclosure produce alternative variations of the pressure therein. Said enclosure is sealingly connected to at least one motor that converts said alternating variations of the pressure into motion and thus into mechanical energy.

Selon des modes particuliers de réalisation: - le moteur peut comporter au moins un soufflet et/ou au moins un cylindre contenant un 35 piston dont une face est soumise aux dites variations alternatives de pression dans ladite enceinte, 2958685 -2- - le piston du moteur peut être à double effet, poussé sur une face et tiré sur l'autre face dans son mouvement, dans un sens comme dans l'autre, au moins un deuxième échangeur thermique peut améliorer l'efficacité du fonctionnement, - le moteur peut comporter une turbine, ou un moteur rotatif, 5 - le moteur peut être lié à un générateur électrique qui transforme l'énergie mécanique fournie par le moteur en énergie électrique, - au moins un fluide peut passer par une chambre de compression avant de traverser l'échangeur, - au moins un des fluides qui traversent l'échangeur peut avoir échangé des calories par 10 géothermie, par exemple peut provenir d'un puits provençal, appelé aussi puits canadien, ou être chauffé par un capteur solaire avant d'entrer dans le dispositif, - au moins un des fluides utilisés peut être sous forme de gaz ou de liquide selon sa température et/ou sa pression à un moment déterminé du fonctionnement du dispositif. According to particular embodiments: the motor may comprise at least one bellows and / or at least one cylinder containing a piston, one face of which is subjected to said alternating pressure variations in said chamber, the piston of the piston; motor can be double-acting, pushed on one side and pulled on the other side in its movement, in both directions, at least one second heat exchanger can improve the efficiency of operation, - the engine can comprise a turbine, or a rotary motor, 5 - the motor can be linked to an electric generator which transforms the mechanical energy supplied by the motor into electrical energy, - at least one fluid can pass through a compression chamber before passing through the exchanger, at least one of the fluids that pass through the exchanger may have exchanged calories by geothermal energy, for example may come from a Provençal well, also called a Canadian well, or be heated by a solar collector before entering the device, - at least one of the fluids used may be in the form of gas or liquid depending on its temperature and / or its pressure at a specific moment of the operation of the device.

15 Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente schématiquement le dispositif de l'invention avec un fluide chaud traversant l'échangeur thermique. La figure 2 représente schématiquement le dispositif de l'invention avec un fluide froid traversant l'échangeur thermique. 20 La figure 3 représente schématiquement le dispositif de l'invention sous une autre forme. Les figures 4, 5 et 6 représentent schématiquement plusieurs possibilités de forme de distributeur de fluide. La figure 7 représente schématiquement un moteur à piston à double effet. La figure 8 représente schématiquement une forme d'échangeur plus efficace. 25 La figure 9 représente schématiquement l'implantation de chambres de compression. The accompanying drawings illustrate the invention: FIG. 1 schematically represents the device of the invention with a hot fluid passing through the heat exchanger. FIG. 2 diagrammatically represents the device of the invention with a cold fluid passing through the heat exchanger. Figure 3 schematically shows the device of the invention in another form. Figures 4, 5 and 6 schematically show several fluid dispenser shape possibilities. Figure 7 schematically shows a double-acting piston engine. Figure 8 schematically shows a more efficient form of exchanger. Figure 9 schematically shows the implantation of compression chambers.

Dans une première forme de réalisation nullement limitative, en référence aux figures 1 et 2, le dispositif (1) comporte notamment un distributeur d'entrée (2) qui permet alternativement le passage d'un fluide (16) et d'un autre fluide (17) qui sont à des 30 températures différentes l'un de l'autre. Ces deux fluides sont, chacun de leur côté, poussés vers le distributeur d'entrée par un dispositif comme une pompe, une turbine, un compresseur ou autre moyen ayant le même effet. Le passage alternativement de chacun de ces deux fluides dans le premier milieu (5) de l'échangeur thermique (4) produit des variations alternatives de la température du premier milieu (5) qui produisent des variations alternatives de la température du fluide contenu dans le deuxième milieu (6) de l'échangeur thermique (4). 2958685 -3- Le deuxième milieu (6) de l'échangeur thermique (4) fait partie d'une enceinte close. Les variations alternatives de la température dans (6) induisent des variations de pression alternatives du fluide qu'elle contient. L'enceinte (6) est reliée de manière étanche à un moteur qui transforme ces variations 5 alternatives de pression en énergie mécanique par le déplacement alternatif d'un piston (18) dans un cylindre (15). La figure 1 montre le piston (18) poussé dans le sens (7) par une augmentation de la pression dans (6) et dans (15), le fluide (16) étant le fluide chaud, la figure 2 montre le piston (18) tiré dans le sens (12) par une diminution de la pression dans (6) et dans (15), le 10 fluide (17) étant le fluide froid. Le cylindre (15) sert essentiellement au guidage étanche du piston (18), ses échanges thermiques avec le piston ou avec l'extérieur ont un effet mineur ou pas d'effet sur le déplacement du piston (18). Le mouvement de va-et-vient du piston peut être utilisé tel quel par exemple en liant un arbre au piston et en utilisant le mouvement de cet arbre. 15 Dans cette première forme de réalisation, une bielle (8) liée de manière mobile au piston (18) entraîne une roue (9) ou un palier excentré à la manière d'un vilebrequin qui transforme le mouvement de va-et-vient de la bielle (8) en un mouvement de rotation qui peut être utilisé tel quel. L'énergie mécanique produite (10) peut aussi être convertie en énergie électrique en 20 entraînant au moins un générateur électrique (11) qui peut être par exemple à rotor ou à déplacement axial d'un aimant ou d'un bobinage. A la sortie du premier milieu (5) de l'échangeur thermique (4), les fluides (13) et (14), modifiés thermiquement par leur passage dans (5), peuvent être de même nature. Le dispositif (1) est représenté avec un volume de matériau isolant thermique (3) qui réduit 25 les pertes thermiques de l'échangeur (4). D'autres éléments de (1) peuvent aussi avantageusement être isolés thermiquement. Le fluide dont la température est la plus élevée est appelé le "fluide chaud", le fluide dont la température est la moins élevée, par rapport à l'autre fluide, est appelé "le fluide froid", indépendamment de leur température exprimée en degrés. 30 II est prévu, par exemple, d'utiliser, pour un des fluides, l'air provenant d'un puits provençal et, pour l'autre fluide, l'air ambiant. Selon la saison et la température de l'air ambiant, celui-ci pourra jouer le rôle soit du fluide froid, soit du fluide chaud, la température de l'air de sortie d'un puits provençal étant quasiment identique en toutes saisons. Au moins un soufflet peut être associé au piston (18) ou lui être substitué. De même que 35 pour un piston, le mouvement d'un soufflet est dû aux variations alternatives de pression dans l'enceinte close et peut être utilisé en tant que moyen fournissant un mouvement. In a first embodiment that is in no way limitative, with reference to FIGS. 1 and 2, the device (1) notably comprises an inlet distributor (2) which alternately allows the passage of a fluid (16) and another fluid. (17) which are at different temperatures from each other. These two fluids are, each on their side, pushed towards the inlet distributor by a device such as a pump, a turbine, a compressor or other means having the same effect. The passage alternately of each of these two fluids in the first medium (5) of the heat exchanger (4) produces alternative variations of the temperature of the first medium (5) which produce alternative variations in the temperature of the fluid contained in the second medium (6) of the heat exchanger (4). The second medium (6) of the heat exchanger (4) is part of a closed enclosure. The alternative temperature variations in (6) induce alternating pressure variations of the fluid it contains. The enclosure (6) is sealingly connected to a motor which converts these alternative pressure variations into mechanical energy by the reciprocating displacement of a piston (18) in a cylinder (15). Figure 1 shows the piston (18) pushed in the direction (7) by an increase of the pressure in (6) and in (15), the fluid (16) being the hot fluid, Figure 2 shows the piston (18). ) pulled in the direction (12) by a decrease in the pressure in (6) and in (15), the fluid (17) being the cold fluid. The cylinder (15) serves essentially to the sealed guide of the piston (18), its heat exchange with the piston or with the outside have a minor effect or no effect on the movement of the piston (18). The reciprocating movement of the piston can be used as such, for example by connecting a shaft to the piston and using the movement of this shaft. In this first embodiment, a connecting rod (8) movably connected to the piston (18) drives a wheel (9) or eccentric bearing in the manner of a crankshaft which transforms the reciprocating movement of the rod (8) in a rotational movement that can be used as is. The mechanical energy produced (10) can also be converted into electrical energy by driving at least one electric generator (11) which can be for example rotor or axial displacement of a magnet or a winding. At the outlet of the first medium (5) of the heat exchanger (4), the fluids (13) and (14), thermally modified by their passage in (5), may be of the same nature. The device (1) is shown with a volume of thermal insulating material (3) which reduces the heat losses of the exchanger (4). Other elements of (1) can also advantageously be thermally insulated. The fluid whose temperature is the highest is called the "hot fluid", the fluid whose temperature is the lowest, compared to the other fluid, is called "the cold fluid", regardless of their temperature expressed in degrees . It is envisaged, for example, to use, for one of the fluids, the air coming from a Provençal well and, for the other fluid, the ambient air. Depending on the season and the temperature of the ambient air, it may play the role of either cold fluid or hot fluid, the temperature of the outlet air of a provençal well being almost identical in all seasons. At least one bellows may be associated with the piston (18) or be substituted. As with a piston, the movement of a bellows is due to alternating pressure variations in the enclosed enclosure and can be used as a means for providing motion.

Selon une variante non illustrée, plusieurs pistons sont associés au même dispositif, ils peuvent être décalés dans leur déplacement. According to a variant not shown, several pistons are associated with the same device, they can be shifted in their displacement.

Dans la forme de réalisation selon la figure 3, l'enceinte (19) dispose d'une surface importante en contact alternativement avec les fluides (25) et (26) et le distributeur d'entrée (21) dispose d'un tiroir (20) qui permet un large passage des fluides arrivant par les canalisations (22) et (23). Le déplacement du tiroir (20) peut se faire mécaniquement (24) ou électriquement. Ici aussi le piston (18), par son déplacement, transforme les variations alternatives de pression dans l'enceinte (19) en mouvement et en énergie mécanique utilisable. In the embodiment according to FIG. 3, the enclosure (19) has a large surface in contact with the fluids (25) and (26) alternately and the inlet distributor (21) has a drawer ( 20) which allows a wide passage of the fluids arriving through the pipes (22) and (23). The movement of the slide (20) can be done mechanically (24) or electrically. Here also the piston (18), by its displacement, transforms the alternating pressure variations in the chamber (19) in motion and usable mechanical energy.

Selon une variante non illustrée, une turbine est associée à l'enceinte close et transforme les variations de pression en mouvement de rotation. According to a non-illustrated variant, a turbine is associated with the closed enclosure and transforms pressure variations into rotational movement.

Selon une variante non illustrée, un moteur rotatif, à piston rotatif, est associé à l'enceinte close et transforme les variations de pression en mouvement de rotation. According to a non-illustrated variant, a rotary piston rotary motor is associated with the closed enclosure and transforms the pressure variations into rotational movement.

La figure 4 montre partiellement un exemple de distributeur d'entrée à tiroir (27), à 20 mouvement alternatif laissant passer tantôt un fluide, tantôt un autre. Figure 4 partially shows an example of a reciprocating spool valve (27) moving alternately between one fluid and another.

Les figures 5 et 6 montrent partiellement des exemples de distributeurs d'entrée rotatifs (28) et (29). Figures 5 and 6 partially show examples of rotary input distributors (28) and (29).

25 Dans la forme de réalisation selon la figure 7, le cylindre (30) comporte un piston à double effet (31) mû à la fois par une pression qui augmente sur l'une de ses faces et une pression qui diminue sur l'autre de ses deux faces. Les variations de pression sont ici aussi alternatives. Un premier échangeur thermique, tel que décrit dans la première forme de réalisation, 30 produit des variations de pression alternatives sur une face du piston par exemple dans le volume (32) et un deuxième échangeur thermique produit des variations de pression alternatives par exemple dans le volume (33) avec un décalage dans le temps de ces variations de pression de telle sorte que lorsque la pression augmente dans (32), la pression diminue dans (33) et inversement. De telle sorte que les fluides (34) et (35) 35 circulent en sens inverse. 2958685 -5- Ainsi le piston est à la fois poussé et tiré que ce soit dans un sens de son déplacement ou dans l'autre. In the embodiment according to FIG. 7, the cylinder (30) comprises a double-acting piston (31) driven by a pressure which increases on one of its faces and a pressure which decreases on the other. on both sides. Pressure variations are here also alternatives. A first heat exchanger, as described in the first embodiment, produces alternating pressure variations on one face of the piston, for example in the volume (32), and a second heat exchanger produces alternating pressure variations, for example in the volume (33) with a time shift of these pressure variations so that when the pressure increases in (32), the pressure decreases in (33) and vice versa. In such a way that the fluids (34) and (35) flow in the opposite direction. 2958685 -5- Thus the piston is both pushed and pulled either in one direction of its displacement or in the other.

Dans la forme de réalisation selon la figure 8, l'échangeur thermique (36) est amélioré par 5 une surface de contact élevée au passage de fluides (40) et une réaction plus rapide dans les échanges thermiques. Ici aussi une isolation thermique (37) est préférable. L'enceinte close (41) est ici aussi connectée (38) de manière étanche à un moteur qui transforme les variations alternatives de pression en mouvement alternatif (39). In the embodiment according to FIG. 8, the heat exchanger (36) is improved by a high contact surface at the passage of fluids (40) and a faster reaction in heat exchange. Here too, a thermal insulation (37) is preferable. The closed enclosure (41) is here also connected (38) sealingly to a motor which converts the alternating pressure variations into reciprocating movement (39).

10 Dans la forme de réalisation représentée partiellement par la figure 9, au moins un des fluides (45) ou (46) traverse une chambre de compression (42) ou (48) où sa pression est augmentée par un moyen (43) ou (47) tel qu'une pompe ou une turbine ou un compresseur ou tout autre moyen produisant le même effet de telle manière que lorsque le distributeur d'entrée (49) libère le passage de ce fluide, il est alors injecté sous pression dans le 15 premier milieu de l'échangeur thermique ce qui permet un échange thermique avec un plus grand volume de fluide et avec un passage plus rapide. Lorsque le fluide en question est un liquide, il ne peut pas être compressé, la chambre de compression comporte alors une partie déformable par une variation de la pression ou un volume annexe étanche qui, lui, peut être comprimé. In the embodiment partially shown in FIG. 9, at least one of the fluids (45) or (46) passes through a compression chamber (42) or (48) where its pressure is increased by means (43) or ( 47) such as a pump or a turbine or a compressor or other means producing the same effect such that when the inlet distributor (49) releases the passage of this fluid, it is then injected under pressure into the first middle of the heat exchanger which allows a heat exchange with a larger volume of fluid and with a faster passage. When the fluid in question is a liquid, it can not be compressed, the compression chamber then has a deformable portion by a variation of the pressure or a sealed auxiliary volume which can itself be compressed.

Des formes particulières des conduits des fluides comme (44) ou la sortie de la chambre de compression peuvent aussi participer à la mise sous pression du fluide avant son entrée dans un échangeur thermique. Compresser et détendre des gaz va changer leur température à un moment donné mais globalement le résultat de ces deux opérations sera nul quant à la variation de température 25 des gaz. Particular shapes of fluid conduits such as (44) or the outlet of the compression chamber may also participate in pressurizing the fluid before entering a heat exchanger. Compressing and relaxing gases will change their temperature at a given time but overall the result of these two operations will be zero as for the temperature variation of the gases.

Selon une variante non illustrée, au moins un des fluides traversant au moins un milieu d'un échangeur thermique est un liquide. Dans ce cas l'échangeur est orienté de telle sorte qu'il facilite l'écoulement de tout liquide en plus de la pression qui le fait avancer. Selon une variante non illustrée, les échanges thermiques avec l'enceinte close sont améliorés par la présence, dans l'enceinte close, d'un fluide qui est liquide ou gazeux selon la température et la pression qui lui sont appliquées. According to a variant not illustrated, at least one of the fluids passing through at least one medium of a heat exchanger is a liquid. In this case the exchanger is oriented so that it facilitates the flow of any liquid in addition to the pressure that makes it go forward. According to a variant not illustrated, the heat exchange with the closed chamber is improved by the presence, in the closed chamber, of a fluid which is liquid or gaseous depending on the temperature and the pressure applied to it.

35 Le dispositif objet de l'invention permet de produire de l'énergie mécanique et/ou de l'énergie électrique en utilisant deux fluides qui sont à des températures différentes. Ces 30 2958685 -6- fluides peuvent n'avoir qu'une faible différence de température entre eux et l'un d'entre eux peut être l'air ambiant. L'ensemble est simple à construire, peu coûteux. Lorsque les échanges thermiques avec les fluides sont suffisamment énergétiques, 5 l'énergie nécessaire au fonctionnement propre du dispositif, essentiellement l'énergie nécessaire pour introduire les fluides dans le dispositif, peut être inférieure à l'énergie fournie en final auquel cas le dispositif est autonome et produit globalement de l'énergie utilisable, énergie extraite et convertie de l'énergie thermique absorbée. En raccordant le dispositif à un réseau électrique, le dispositif peut fournir dans certaines 10 conditions, à ce réseau, de l'énergie électrique comme on le fait par exemple avec un ensemble de panneaux photovoltaïques affectés à cette utilisation. The device according to the invention makes it possible to produce mechanical energy and / or electrical energy using two fluids which are at different temperatures. These fluids may have only a slight difference in temperature between them and one of them may be ambient air. The set is simple to build, inexpensive. When the heat exchanges with the fluids are sufficiently energetic, the energy necessary for the device's own operation, essentially the energy required to introduce the fluids into the device, may be lower than the energy supplied in the end, in which case the device is Autonomous and produces overall usable energy, energy extracted and converted from the thermal energy absorbed. By connecting the device to an electrical network, the device can supply electrical power to the grid under certain conditions, as is done for example with a set of photovoltaic panels allocated for this purpose.

Claims

Claims 1) Device (1) producing mechanical energy from the conversion of thermal energy provided by a pair of two fluids (16) and (17) at different temperatures characterized in that the first of the two media (5) a heat exchanger (4) is alternately traversed by each of these two fluids producing alternating variations of the temperature of said first medium, the temperature of the second medium (6) of said heat exchanger (4), forming part of a closed chamber , containing a fluid, varies alternately according to said alternating variations of the temperature of the first medium (5) of the heat exchanger (4), these alternative variations of the temperature in said chamber producing therein alternative variations of the pressure, said chamber being sealingly connected to at least one motor which converts said alternating variations of the pressure into motion.

2) Device according to claim 1, characterized in that said motor comprises at least one piston as (18) moving in a cylinder (15) according to said pressure variations applied to it on one side.

3) Device according to claim 1, characterized in that said motor comprises at least one piston as (31) moving in a cylinder (30), the piston (31) being double acting, driven by both the pressure which increases on one of its faces and the pressure which decreases on the other of its two faces, the pressure variations being alternatives with an offset in the time so that when the pressure increases on a face of the piston in the volume (32), the pressure decreases on the other face of the piston (31) in the volume (33) and vice versa. 25

4) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least one electric generator driven by at least one of said engines.

5) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of said fluids passes through a compression chamber (42) or (48) where its pressure is increased before an inlet distributor such as (49) releases the passage of this fluid to said heat exchanger or at least a second heat exchanger.

6) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the fluids such as (16) or (17) or (25) or (26) or (34) or (35) exchange 2958685 -8 - calories by geothermal for example thanks to a provençal well and / or is heated by a solar collector before entering the device (1).

7) Device according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the fluids used in the device (1) is in the form of gas or in liquid form according to its temperature and / or pressure at a time determined the operation of the device (1).