FR2958687A1 - Moteur thermique sans carburant adaptable notamment a l'automobile et au nucleaire - Google Patents

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). L'énergie thermique véhiculée par les fluides sortant du dispositif et n'ayant pas été convertie en énergie mécanique peut être régénérée en réintroduisant une partie des fluides dans le circuit chaud et/ou utilisée en cogénération par exemple pour le chauffage individuel ou collectif et/ou l'eau chaude sanitaire. On peut raccorder le dispositif (1) à un réseau électrique auquel il peut fournir de l'énergie électrique.

Description

La présente invention concerne les moteurs thermiques fonctionnant à partir d'une différence de température entre deux fluides.

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. Le moteur Stirling est un moteur à quatre temps dont un seul est moteur.

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.

Selon une première caractéristique, grâce à l'action d'un distributeur de fluides d'entrée, le premier des deux milieux d'un échangeur thermique, qui dans une première forme ne comporte que deux milieux mais qui peut en comporter davantage, 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. 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 close y produisent des variations alternatives de la pression. Ladite enceinte close 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. Ledit moteur est un moteur à deux temps, les deux temps sont moteurs.

Selon des modes particuliers de réalisation: - le moteur peut comporter au moins un soufflet et/ou au moins un cylindre contenant un piston dont une face est soumise aux dites variations alternatives de pression dans ladite enceinte close, - le piston du moteur peut être à double effet, poussé sur une face et tiré sur l'autre face 5 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, - le moteur peut être lié à un générateur électrique qui transforme l'énergie mécanique fournie par le moteur en énergie électrique, 10 - 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 géothermie, par exemple peut provenir d'un puits provençal, appelé aussi puits canadien, et/ou être chauffé par un capteur solaire avant d'entrer dans le dispositif, 15 - 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, - une utilisation du dispositif peut se faire en mode de cogénération, - au moins un clapet et/ou au moins une soupape ou tout moyen remplissant la même fonction peut/peuvent être disposé(s) à au moins une extrémité du cylindre, 20 - au moins une partie du fluide qui a traversé le dispositif et qui contient encore une part d'énergie thermique peut être introduite par l'entrée de fluide chaud du dispositif soit directement soit on lui faisant traverser auparavant un capteur solaire ou un autre moyen pour augmenter sa température, - un multiplicateur peut être interposé entre le moteur mécanique et le générateur 25 électrique, - l'énergie thermique utilisée, convertie en énergie mécanique par le dispositif peut provenir de toute source de chaleur dont on peut récupérer de l'énergie thermique.

Les dessins annexés illustrent l'invention: 30 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. La figure 3 représente schématiquement le dispositif de l'invention sous une autre forme. 35 Les figures 4, 5 et 6 représentent schématiquement plusieurs possibilités de forme de distributeur de fluide(s). La figure 7 représente schématiquement un moteur à piston à double effet.

La figure 8 représente schématiquement une forme d'échangeur plus efficace. La figure 9 représente schématiquement l'implantation de chambres de compression. La figure 10 représente schématiquement une vue du dispositif dans une version comportant des tuyaux de forme ovale.

La figure 11 représente schématiquement en coupe une version comportant des tuyaux de forme ovale. La figure 12 représente schématiquement le principe d'une variante du dispositif de l'invention comportant trois milieux différents de l'échangeur thermique. La figure 13 représente schématiquement une des variantes comportant trois milieux. 10 Les figures 14 à 19 représentent chacune schématiquement une variante du dispositif comportant un échangeur thermique comportant trois milieux. La figure 20 représente schématiquement les éléments principaux d'une centrale nucléaire à eau pressurisée. La figure 21 représente schématiquement la même centrale nucléaire que celle de la figure 15 20 associée à une version du dispositif. La figure 22 représente schématiquement une association de plusieurs dispositifs. La figure 23 représente schématiquement une forme de régénération d'énergie thermique. La figure 24 représente schématiquement une variante améliorée de la figure 23. La figure 25 représente schématiquement une distribution de fluide à deux sorties. 20 La figure 26 représente schématiquement un diagramme des différents niveaux de températures.

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 25 alternativement le passage d'un fluide (16) et d'un autre fluide (17) qui sont à des températures différentes l'un de l'autre. Ces deux fluides sont, chacun de leur côté, poussés vers le distributeur d'entrée par un moyen 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 30 l'échangeur thermique (4) comportant deux milieux différents, 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). Le deuxième milieu (6) de l'échangeur thermique (4) fait partie d'une enceinte close. Les 35 variations alternatives de la température dans (6) induisent des variations de pression alternatives du fluide qu'elle contient. -4 L'enceinte close (6) est reliée de manière étanche à un moteur qui transforme ces variations 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 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. 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 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 les pertes thermiques de l'échangeur (4). D'autres éléments de (1) peuvent aussi avantageusement être isolés thermiquement. Au moins un des fluides peut être sous forme de vapeur à au moins un moment du 25 fonctionnement. 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. Il est prévu, par exemple, d'utiliser, pour un des fluides, l'air provenant d'un puits provençal 30 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 pour un piston, le mouvement d'un soufflet est dû aux variations alternatives de pression 35 dans l'enceinte close et peut être utilisé en tant que moyen fournissant un mouvement.

Selon une variante non illustrée, plusieurs pistons sont associés au même dispositif, ils peuvent être décalés dans leur déplacement.

Dans la forme de réalisation selon la figure 3, l'enceinte close (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 close (19) en mouvement et en énergie mécanique utilisable.

Selon une variante non illustrée, une turbine est associée à l'enceinte close et transforme les variations de pression en mouvement de rotation.

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.

La figure 4 montre partiellement un exemple de distributeur d'entrée à tiroir (27), à mouvement alternatif laissant passer tantôt un fluide, tantôt un autre. Les figures 5 et 6 montrent partiellement des exemples de distributeurs d'entrée rotatifs (28) et (29). II est prévu d'utiliser d'autres formes de distributeurs, y compris existant déjà, par exemple comportant des valves ou des soupapes.

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. Ainsi le piston est à la fois poussé et tiré que ce soit dans un sens de son déplacement ou dans l'autre. 2958687 -6-

Dans la forme de réalisation selon la figure 8, l'échangeur thermique (36) est amélioré par 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 5 close (41) est ici aussi connectée (38) de manière étanche à un moteur qui transforme les variations alternatives de pression en mouvement alternatif (39) et, éventuellement, en mouvement rotatif.

Dans la forme de réalisation représentée partiellement par la figure 9, au moins un des 10 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, ce dernier est alors injecté sous pression dans le premier milieu de l'échangeur thermique ce qui permet un échange thermique avec un 15 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. Des formes particulières des conduits des fluides comme (44) ou la sortie de la chambre 20 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 des gaz.

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 peut être 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, au moins un des milieux d'au moins un échangeur thermique qui comporte au moins deux milieux différents comporte un fluide qui est liquide ou gazeux ou sous forme de vapeur selon la température et la pression qui lui sont appliquées afin d'améliorer les échanges thermiques dudit échangeur thermique.

Dans certaines conditions de fonctionnement, au moins un fluide entrant dans le dispositif a, à la fois, échangé des calories avec son environnement par géothermie et, à la fois, été chauffé par un capteur solaire. Dans toute la présente description le terme "géothermie" comprend aussi bien la géothermie peu profonde que la géothermie profonde et notamment l'utilisation des nappes d'eaux chaudes souterraines.

Selon une variante non illustrée, en complément des autres formes de réalisation, le dispositif objet de l'invention est utilisé en mode de cogénération c'est-à-dire qu'on récupère d'une part l'énergie mécanique et/ou électrique produite(s) par le dispositif et d'autre part l'énergie thermique véhiculée par au moins un des fluides sortant du dispositif, énergie thermique qui n'a pas été transformée en énergie mécanique, pour l'utiliser par exemple pour un chauffage comme un chauffage individuel ou collectif d'immeuble et/ou le chauffage d'eau sanitaire et/ou pour tout autre utilisation où un apport d'énergie thermique est nécessaire, que ce soit directement ou indirectement par l'intermédiaire, par exemple, d'un échangeur thermique et/ou d'une pompe à chaleur.

Selon une autre variante non illustrée, au moins un clapet et/ou au moins une soupape ou tout moyen remplissant la même fonction est/sont disposé(s) à au moins une extrémité du cylindre dans un espace non parcouru par le piston, pour réguler les variations de pression dues aux variations de températures dans le deuxième milieu d'au moins un échangeur thermique.

L'énergie thermique emmagasinée par les fluides avant de traverser ledit dispositif et véhiculée par eux lorsqu'ils traversent ledit dispositif n'est pas entièrement transformée en énergie mécanique autrement le rendement dudit dispositif serait de cent pour cent. Selon une autre variante illustrée par la figure 23, pour augmenter l'efficacité du dispositif et la quantité d'énergie mécanique et/ou électrique fournie par ledit dispositif, on récupère après au moins un passage dans le dispositif, au moins une partie du fluide qui a traversé le dispositif et qui contient encore une part d'énergie thermique qui n'a pas été récupérée par ledit dispositif. Ce fluide récupéré est introduit par l'entrée de fluide chaud dudit dispositif soit directement soit on lui fait traverser auparavant un capteur solaire ou un autre moyen de chauffage pour augmenter sa température.

Dans la figure 23, (142) est une forme du dispositif comportant un distributeur d'entrée, un échangeur thermique et un moteur entraînant une roue. Le distributeur de sortie (143) permet au fluide sortant de l'échangeur thermique une récupération de fluide qui est, au moins en partie, réinjecté dans le circuit du fluide chaud en (148) par l'intermédiaire d'un moyen de pompage optionnel (144) et avec un moyen de chauffage qui est représenté dans cet exemple par un panneau solaire thermique (145). Le fluide chaud réinjecté (146) est alors à une température croissante au démarrage du dispositif comme indiqué plus bas en figure 26. (147) est le fluide froid, dans cet exemple l'air ambiant à température ambiante. L'autre partie du fluide sortant (149) peut être récupérée pour une utilisation en cogénération.

Selon une autre variante illustrée par les figures 24 et 25, le circuit chaud est alimenté uniquement par une partie du fluide sortant de l'échangeur thermique, c'est-à-dire que tout le fluide alimentant le circuit chaud dudit dispositif provient d'au moins une partie de fluide sortant dudit dispositif, après avoir été chauffé, quel qu'en soit le moyen, ce qui augmente la température du fluide chaud et donc la différence de température avec le fluide froid et l'efficacité de l'ensemble. Ici aussi un moyen de pompage du fluide peut être présent dans le circuit. La figure 24 montre un réservoir (151) permettant de stocker en partie le fluide chaud (152) qui est, dans cette variante, fourni de manière cyclique grâce au distributeur de sortie (150) qui permet de sélectionner le fluide de sortie quand il est le plus chaud, (164) figure 26, ou de l'éliminer du circuit chaud, figure 25, quand il est plus froid. Le réservoir (150) permet de fournir en permanence une quantité suffisante de fluide chaud même lorsque le distributeur (150) n'est pas positionné pour fournir le fluide chaud au dispositif. Cela équivaut à surchauffer le fluide chaud, sans échangeur thermique, avant son entrée dans un moyen de chauffage comme (145) ou autre et d'arriver encore plus chaud (153) dans le dispositif. Dans cette variante aussi il est possible d'utiliser en cogénération pour une autre utilisation, au moins une partie de l'énergie thermique restant dans le fluide qui a traversé le dispositif et qui n'est pas réutilisée. Les raccordements des conduits des fluides ne sont que partiellement représentés. Le diagramme de la figure 26 représente des courbes indicatives qui peuvent varier en fonction de la construction et de l'efficacité de chaque dispositif.

La courbe (157) représente la variation de la température des fluides entrant dans l'échangeur thermique, par exemple de (154) à (155) pour le fluide chaud, de (155) à (156) pour le fluide froid. Les secteurs A, C et E représentent les périodes de passage du fluide chaud, les secteurs B et D le passage du fluide froid.

La courbe (158) représente la variation de la température du fluide dans l'enceinte close. Cette variation est plus visible dans son maximum grâce à la ligne en pointillés (160). La courbe (159) représente la variation de la température du fluide qui sort de l'échangeur thermique. La courbe (159) montre qu'en sélectionnant une partie du fluide sortant quand sa température se situe dans la partie haute de la courbe, portion telle que (164), pour être réinjecté dans le circuit chaud, comme dans la figure 24, on récupère plus d'énergie thermique qui est recyclée en partie dans un passage suivant dans l'échangeur thermique. -9- La ligne en pointillés (161) permet de visualiser que la température du fluide sortant est en augmentation au fur et à mesure du fonctionnement, augmentant l'amplitude entre la température maximum et la température minimum ce qui augmente l'efficacité du moteur. La température du fluide chaud est à chaque cycle plus élevée, on constate cette élévation par les écarts (162) puis (163) et ainsi de suite jusqu'à l'établissement automatique d'un équilibre thermique à un niveau plus élevé de la température maximale par rapport à la température de démarrage.

Selon une autre variante non illustrée, lorsque la vitesse de rotation du moteur du dispositif 10 n'est pas assez élevée pour entraîner un générateur électrique dans de bonnes conditions, un multiplicateur est interposé entre le moteur et le générateur électrique.

Selon une autre variante non illustrée, de l'énergie thermique, provenant d'au moins une autre source de chaleur que celles mentionnées dans les variantes précédentes et dans la 15 première forme de réalisation, y compris du moyen de refroidissement d'un moteur à explosion et/ou de son circuit d'échappement, est utilisée pour les besoins de fonctionnement du dispositif.

Les figures 10 et 11 représentent schématiquement et partiellement le dispositif dans une 20 variante selon laquelle au moins une partie de l'enceinte close comporte au moins un tuyau ovale tel que (53) afin d'optimiser les surfaces de contact entre les différent milieux, à travers leurs parois, les échanges thermiques et le passage des fluides tels que (52) pour le chauffage ou pour le refroidissement. Dans une forme particulière et non limitative comportant un échangeur thermique à 25 plaques, la figure 10 montre une extrémité de l'échangeur thermique, la cloison extérieure (50), un joint d'étanchéité (51) lorsque les plaques ne sont pas soudées, des tuyaux ovales tels que (53), une desdites plaques (54) traversée par lesdits tuyaux tels que (53), le cylindre (55) dans lequel se déplace le piston du moteur (61) représenté en figure 11. La figure 11 montre l'entrée du fluide froid qui peut être actionné par une pompe ou un 30 compresseur tel que (56) et l'entrée du fluide chaud qui lui aussi peut être actionné par une pompe ou par un compresseur tel que (57), ladite entrée chaude étant ici isolée par une protection thermique optionnelle (62), le distributeur d'entrée (60) qui est ici rotatif, le moteur (61) qui transforme les variations de pression dans l'enceinte close en mouvement, un extracteur de fluides (58) optionnel qui peut augmenter la vitesse de déplacement des 35 fluides de chauffage et de refroidissement entre les plaques comme en (59) et donc augmenter l'efficacité des échanges thermiques.

En figure 11 il est présenté un piston à simple effet, dans cette configuration comme dans toutes celles qui suivent ou qui précèdent, le piston peut être à double effet en utilisant deux échangeurs thermiques ou deux secteurs différents d'un même échangeur thermique employés à des températures différentes entre ces deux secteurs, températures pouvant varier en fonction du temps pour actionner un seul moteur. Lorsque le fluide qui chauffe l'enceinte close et le fluide qui la refroidit sont de nature différente, par exemple de la vapeur d'eau et de l'air, il peut être préférable ou utile de ne pas mélanger ces deux fluides et pour cela de réaliser des circuits différents et des milieux différents dans l'échangeur thermique ou dans les échangeurs thermiques lorsque plusieurs échangeurs sont utilisés. Ainsi au moins un des fluides de chauffage ou de refroidissement peut circuler en circuit fermé. Cette séparation des fluides est représentée en figure 12 dans laquelle ne sont pas représentées les différentes possibilités de disposition des différents milieux dont certaines seront exposées ensuite. En figure 12, le milieu (67) fait partie d'une enceinte close reliée de manière étanche à au moins un moteur (70) qui transforme les variations de pression dans ladite enceinte close en mouvement. Le distributeur d'entrée (63) permet le passage et la coupure du passage alternativement des fluides correspondants dans le milieu (66) pour le chauffage de l'enceinte close, dans le milieu (65) pour refroidir l'enceinte close. Comme dans les versions du dispositif comportant au moins un échangeur thermique ne comportant que deux milieux, les variations de température de l'enceinte close produisent des variations de pression qui actionnent le piston du moteur (70). Dans cette version, le distributeur d'entrée (63) comporte des soupapes telles que (64) afin de laisser passer alternativement le fluide chaud (69) ou le fluide froid (68). Toute autre variante de distributeur d'entrée est utilisable ici comme sur les autres versions ou variantes.

Selon une variante illustrée schématiquement par la figure 13, l'échangeur thermique comporte un milieu séparé (76) pour le fluide froid (72) et un milieu séparé (77) pour le fluide chaud (73). Les fluides froid et chaud arrivent par les conduits (80) et (81), qui peuvent être équipés dans une autre variante non illustrée de valves ou de soupapes à l'entrée des fluides entre les plaques telles que en (82) et en (83). Comme les tuyaux (53) des figures 10 et 11, cette variante peut être équipée de tuyaux débouchant en (84) vers le piston du moteur (71). L'enceinte close comporte aussi des espaces entre les plaques comme en (78). Dans cette variante, les plaques de l'échangeur thermique sont disposées de telle manière que chaque espace de l'enceinte close (78) situé entre deux plaques comporte d'un côté un milieu chaud (77) et d'un autre côté un milieu froid (76). Selon que l'un ou l'autre de ces fluides chaud ou froid est en action et traverse l'échangeur thermique, l'espace tel que (78) et chauffé ou refroidi alternativement par une plaque ou par l'autre.

Les trois points (79) indiquent que le nombre de plaques n'est pas défini ni limité au nombre que comporte la figure 13. Il en est de même pour les figures suivantes. Au moins un des fluides chaud ou froid peut être récupéré en sortie de l'échangeur par exemple par un collecteur tel que (75) ou évacué vers l'extérieur du dispositif par au moins une sortie telle que (74). Comme indiqué plus haut, la flèche sur le piston du moteur (71) indique que le déplacement du piston vers l'extérieur du dispositif car c'est le fluide chaud qui est en action comme dans les figures suivantes jusqu'à la figure 21. La plupart des exemples illustrés représentent des échangeurs thermiques à plaques, le dispositif objet de l'invention, dans toutes ses versions et variantes, peut comporter au moins un échangeur thermique d'un autre type par exemple à tuyaux cylindriques ou à tuyaux ovales ou un assemblage de types différents ou d'autres formes de milieux. Les flèches indiquent le passage destiné à chaque fluide étant entendu que le fluide chaud et le fluide froid circulent alternativement. Les figures 14 à 19 représentent différentes variantes se distinguant par des dispositions 15 particulières des plaques de l'échangeur thermique et par la présence ou l'absence d'isolant thermique entre certaines plaques. Ainsi la figure 14 illustre une variante dans laquelle les plaques sont disposées de telle sorte que le milieu chaud (85) est en contact d'une part avec l'enceinte close et d'autre part avec le milieu froid (86). 20 La variante de la figure 15 est presque identique à la précédente avec en plus un isolant thermique (89) qui sépare le milieu chaud (87) du milieu froid (88). Ainsi le milieu chaud (87) ou le milieu froid (88) n'est en contact direct qu'avec l'enceinte close. Dans une autre variante illustrée schématiquement par la figure 16, chaque espace délimitant l'enceinte close tel que (90) ou (90') comporte sur ses deux faces soit un milieu 25 chaud tel que (92) soit un milieu froid tel que (91). Comme dans les autres variantes, au moins un passage, ici sous forme de tuyau tel que (93), relie les différents volumes de l'enceinte close. La variante de la figure 17 est presque identique à la précédente mais avec en plus un isolant thermique (94) qui sépare le milieu chaud du milieu froid. 30 Dans une autre variante illustrée schématiquement par la figure 18, le milieu froid (95) est disposé entre des plaques disposées dans un secteur de l'échangeur thermique tandis que dans un autre secteur sont disposées des plaques entre lesquelles est disposé le milieu chaud tel que (96).Et des espaces entre plaques délimitent l'enceinte close comme en (97). La variante de la figure 19 est presque identique à la précédente mais un isolant 35 thermique tel que (98) sépare le secteur du milieu chaud du secteur du milieu froid. II est entendu par "milieu chaud" le milieu où circule le fluide chaud par moments. Le "milieu froid" est le milieu où circule le fluide froid par moments. 2958687 -12-

Dans une variante non illustrée, lorsque le fluide chaud et le fluide froid circulent chacun dans un milieu différent faisant partie de l'échangeur thermique, un mode de régénération, de récupération d'énergie thermique, consiste à réaliser un circuit fermé au moins pour la 5 circulation du fluide chaud qui est chauffé dans le moyen de chauffage avant de passer dans le distributeur d'entrée puis dans l'échangeur thermique où le fluide chaud se refroidit partiellement en cédant de l'énergie thermique au dispositif puis le fluide chaud revient vers le moyen de chauffage où il arrive à une température supérieure à la température de démarrage. Après un nouveau passage dans le moyen de chauffage, le fluide chaud est à 10 une température supérieure à celle qu'il avait après le premier passage. La température du fluide chaud est ainsi rehaussée à chaque tour du circuit jusqu'à l'établissement automatique d'un équilibre thermique et la température de fonctionnement reste à cette température élevée. Le circuit chaud, tout en étant dit fermé, peut être équipé d'un moyen anti-surpression et/ou recevoir du fluide venant ponctuellement de l'extérieur.

Le fluide froid se réchauffe en passant dans le dispositif, il est donc aussi possible de faire circuler dans un circuit fermé afin d'utiliser cette différence de température dans les différentes portions du circuit.

Avant de décrire l'association particulière du dispositif objet de l'invention illustrée schématiquement par la figure 21, il est décrit ci-après succinctement le fonctionnement d'une centrale nucléaire à eau pressurisée illustrée par la figure 20. Dans une enceinte de confinement (115) un réacteur nucléaire (114) chauffe de l'eau sous pression qui circule dans un circuit primaire (102) et qui fournit de l'énergie calorifique à au moins un générateur de vapeur (116) qui transforme l'eau de son circuit, le circuit secondaire (103), en vapeur sous pression qui actionne des turbines (117) par la détente de cette vapeur qui retourne sous forme d'eau en (104) au générateur de vapeur (116). Le condenseur (119) refroidit la vapeur issue des turbines et la condense grâce à un circuit tertiaire (105) dans lequel circule un fluide de refroidissement, ici de l'eau, circulant grâce à une pompe (101). L'eau circulant dans le circuit tertiaire (105) refroidit le condenseur (119) tout en se réchauffant puis elle est refroidie, dans cette version, par un aéroréfrigérant humide (100). Une partie de l'eau du circuit tertiaire (105) qui est évaporée et évacuée par l'aéroréfrigérant (100) est remplacée par de l'eau venant de l'extérieur de la centrale par un moyen comme (120) et une partie de l'eau contenue dans l'aéroréfrigérant (100) est rejetée par un moyen (121). Dans d'autres versions le circuit tertiaire peut être refroidi par exemple uniquement par l'eau d'un fleuve ou par de l'eau pompée en bord de mer. Pour simplifier la représentation du fonctionnement, les circuits de réchauffage et les turbines basse pression ne sont pas pris en compte ni représentés.

Dans une association du dispositif objet de l'invention avec une centrale nucléaire illustrée schématiquement par la figure 21, le circuit tertiaire est fractionné en deux circuits dont le premier (108) refroidit la vapeur dans le condenseur grâce à un moyen de pompage comme (109) et le second circuit qui peut être comparé à un circuit quaternaire (107) refroidit l'eau qui y circule avec le même moyen conçu pour la centrale nucléaire, ici un aéroréfrigérant humide (100). Le dispositif objet de l'invention représenté par (106), quelle que soit sa version, est illustré en figure 21 à une échelle différente de celle des autres éléments de la centrale nucléaire. Le distributeur d'entrée (110) laisse passer alternativement le fluide chaud venant du condenseur et repartant refroidi et le fluide froid venant de l'aéroréfrigérant et repartant réchauffé. Des moyens tels que (118) amortissent les variations de pression dues à l'action du répartiteur d'entrée (110). En figure 20, les turbines (117) entraînent au moins un générateur électrique (99) qui fournit de l'énergie électrique à un réseau très haute tension (111) par l'intermédiaire de transformateurs non représentés. Illustré en figure 21, au moins la même quantité d'énergie électrique est générée par la centrale nucléaire et de plus, au moins un autre générateur électrique tel que (112) produit de l'électricité distribuée vers les utilisateurs par la même ligne très haute tension (111) ou par une autre ligne telle que (113). D'autre part, le fait de transformer une partie de l'énergie calorifique du circuit tertiaire en énergie mécanique, dans un premier temps, diminue la température du fluide de refroidissement par rapport à un circuit tertiaire classique tel qu'en figure 20 ce qui diminue la température du fluide secondaire dans le condenseur ce qui augmente l'efficacité de la centrale nucléaire et la quantité d'énergie électrique générée. Avec un même aéroréfrigérant, la quantité d'eau consommée est moindre dans le cas de l'association avec le dispositif car, à débits identiques, la température du circuit (107) de la figure 21 est inférieure à la température du circuit (105) de la figure 20 et cause donc moins de déperdition d'eau. Les moyens (120) et (121) peuvent être conservés mais pour des transferts d'eau moins importants. Des moyens de raccordements non représentés en figure 21 permettent de connecter 30 directement le circuit (108) au circuit (107) pour court-circuiter le secteur du dispositif en cas de panne ou d'entretien de ce dernier. Le dispositif objet de l'invention associé à une centrale électrique, comme illustré en figure 21, à une centrale nucléaire, ne peut avoir qu'un rendement faible à cause de la faible différence entre les températures extrêmes du circuit de refroidissement qui est ici le circuit 35 tertiaire. Cependant la quantité d'énergie rejetée dans l'environnement par la centrale est tellement grande, que même un rendement faible permet une production d'énergie électrique importante par le dispositif associé.

En ce qui concerne le coût du dispositif dans de telles conditions, les éléments entrant en jeu peuvent être de grandes dimensions mais la réalisation en est simple car il s'agit essentiellement d'au moins un échangeur thermique et d'au moins un moteur tournant à faible vitesse, à faible température, à faible pression et hors de contact d'une zone radioactive mais avec un couple moteur important si on utilise un grand diamètre de piston. Les avantages de l'association du dispositif à une centrale électrique: moins d'eau consommée pour le refroidissement, l'eau rejetée est à une température plus basse ce qui va dans le sens des normes pour la protection de l'environnement surtout en saison chaude, réalisation d'un circuit quaternaire de refroidissement qui peut augmenter la sécurité pour une centrale nucléaire, augmentation de l'efficacité des turbines de la centrale, production supplémentaire d'électricité.

La figure 22 montre une disposition possible de plusieurs dispositifs associés, les moteurs (123), (124), (125), (126) et (127) ayant une position décalée dans le temps afin d'amortir ou de supprimer les effets des coupures sur les fluides d'alimentation par les conduits (129) et (130) et les positions différentes des distributeurs d'entrée comme (128) ou (136). En figure 22 l'échangeur thermique (122) reçoit le fluide chaud par le conduit (131) le fluide repart refroidit par le conduit (132), la flèche (135) indiquant le sens du déplacement du piston du moteur (123), alors que dans cette phase le fluide froid ne circule pas dans les conduits (133) et (134). Un des autres dispositifs, comportant le moteur (125), commence à laisser passer le fluide froid par le conduit (137) le fluide repart réchauffé par le conduit (138). Les conduits pour le fluide chaud (140) et (141) ne conduisent pas le fluide chaud, pour l'instant, dans l'échangeur thermique (139).

Dans une autre version, le dispositif objet de l'invention est associé à une centrale thermique produisant de l'électricité, quel que soit le produit utilisé pour le chauffage et la production de vapeur, afin de refroidir davantage la vapeur issue de turbines pour un meilleur rendement de ces turbines et/ou pour convertir au moins une partie de l'énergie thermique produite en électricité

La forme, les dimensions, les proportions et le nombre des divers éléments peut/peuvent varier sans pour autant changer le principe de l'invention qui a été décrite ci-dessus. Dans toute la présente description le terme "dispositif" désigne le dispositif objet de l'invention. 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. Ces35 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, 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. L'énergie thermique qui n'a pas été cédée au dispositif par le fluide chaud qui le traverse peut être en partie régénérée en introduisant une partie de ce fluide dans le circuit chaud et/ou être utilisée en cogénération pour un autre usage comme le chauffage d'un immeuble 15 et/ou le chauffage d'eau sanitaire.

Claims (5)

1. Revendications1) Dispositif (1) produisant de l'énergie mécanique à partir de la conversion d'énergie thermique fournie par un couple de deux fluides (16) et (17) à températures différentes caractérisé en ce qu'il comporte un distributeur de fluides d'entrée par exemple (2) qui permet le passage et la coupure du passage alternativement desdits fluides (16) et (17) dans le premier des deux milieux (5) d'un échangeur thermique (4) produisant des variations alternatives de la température dudit premier milieu, la température du deuxième milieu (6) dudit échangeur thermique (4), faisant partie d'une enceinte close, contenant un fluide, varie alternativement selon lesdites variations alternatives de la température du premier milieu (5) de l'échangeur thermique (4), ces variations alternatives de la température dans ladite enceinte y produisant des variations alternatives de la pression, ladite enceinte étant reliée de manière étanche à au moins un moteur qui transforme lesdites variations alternatives de la pression en mouvement.
2. 2) Dispositif (1) produisant de l'énergie mécanique à partir de la conversion d'énergie thermique fournie par un couple de deux fluides (68) et (69) à températures différentes caractérisé en ce qu'un distributeur de fluides d'entrée par exemple (63) permet le passage et la coupure du passage alternativement desdits fluides (68) et (69), chacun dans un milieu différent (65) et (66) d'un échangeur thermique comportant un autre milieu différent (67) faisant partie d'une enceinte close reliée de manière étanche à au moins un moteur (70), ladite enceinte close étant alternativement refroidie et chauffée par le passage desdits fluides (68) et (69), ces variations de température dans ladite enceinte close produisant en elle des variations de pression transformées en mouvement par ledit moteur (70).
3. 3) Dispositif selon la combinaison d'au moins deux dispositifs tels que dans la revendication 1 et/ou dans la revendication 2, caractérisé en ce qu'un seul moteur est actionné par deux échangeurs thermiques ou deux secteurs différents d'un même échangeur thermique employés à des températures différentes entre ces deux secteurs, ledit moteur comportant un piston comme (31) se déplaçant dans un cylindre (30), le piston (31) étant à double effet, mû à la fois par la pression qui augmente sur l'une de ses deux faces et la pression qui diminue sur l'autre de ses faces, les variations de pression étant alternatives avec un décalage dans le temps de telle sorte que lorsque la pression augmente sur une face du piston (31) dans le volume (32), la pression diminue sur l'autre face du piston (31) dans le volume (33) et inversement. 2958687 - 17-
4. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un générateur électrique entraîné par au moins un desdits moteurs.
5. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que 5 au moins un desdits fluides traverse une chambre de compression (42) ou (48) où sa pression est augmentée avant que le distributeur d'entrée comme (49) libère le passage de ce fluide vers ledit échangeur thermique et/ou au moins un deuxième échangeur thermique.