FR2963646A1

FR2963646A1 - Dispositifs optimisant la gestion energetique, individuelle et collective, favorisant les energies renouvelables, generateur electrique, chauffage par cogeneration, stockage/destockage d'electricite

Info

Publication number: FR2963646A1
Application number: FR1003292A
Authority: FR
Inventors: Jean Francois Chiandetti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-02-10

Abstract

L'invention cherche à minimiser la consommation d'énergie et les émissions de CO2 qui lui sont liées par la production d'énergie électrique We par de minis et micros générateurs électriques (1 et 2) performants associés au chauffage par cogénération 28 des bâtiments d'où elle est produite. Ils offrent un rendement accru des capteurs solaires thermiques 20 en production d'électricité We, un rendement voisin de 100% l'hiver grâce à la cogénération (We+Qi). L'invention permet des groupes électrogènes multi énergies (solaire et gaz de ville 32, par exemple) produisant une chaleur et une électricité en toute autonomie et optimisant la valeur ajoutée à cette production. Des accumulateurs thermiques 31 permettent de prolonger ou différer la production d'électricité et le chauffage à partir de l'énergie solaire. Ils permettent également le stockage et le déstockage d'électricité selon les requêtes du réseau public d'électricité 29 en inversant le cycle du moteur 1 et générateur 2 en pompe à chaleur et moteur électrique il stocke la chaleur captée par l'échangeur 21 en chaleur à température élevée dans les accumulateurs thermiques 31.

Description

La présente invention concerne une amélioration de la gestion de l'énergie favorisant un meilleur rendement global de l'usage et de la transformation des énergies fossiles en électricité permettant une participation maximale des énergies renouvelables. L'idéal recherché est une production d'énergie électrique quasiment exclusivement à partir d'énergies de substitution. Elle exploite dans ce but des mécanismes auxquels elle fait référence, moteur à combustion externe à volume de travail clos et moteurs à cycle triangulaire et trapézoïdal ainsi que les cycles combinés 2 en 1 et 3 en 1 qui feront l'objet d'illustrations et de descriptions, dans le domaine de la génération d'électricité et la cogénération. Elle se situe à la frontière de ces deux domaines, favorisant tantôt l'un tantôt l'autre.

L'économie et les particuliers qui l'animent ne cessent de devenir toujours plus voraces en énergie alors que les sources d'énergie fossiles commencent à péricliter. Il s'en suit une flambée du prix des hydrocarbures, hausse qui pèse sur l'économie et la freine. Et peut être, qui l'entravera si nous n'y faisons rien. La production d'électricité est pour ainsi dire en tout pays le fait de grandes structures. Une poignée de grandes centrales produisent l'énergie électrique nécessaire à une nation. Cette électricité est ensuite acheminée aux particuliers comme aux entreprises au moyen d'un important réseau électrique, lourd, vulnérable et couteux. Or plus de la moitié de l'électricité produite l'est à des fins thermiques. Il y a par ailleurs correspondance entre la répartition géographique des consommateurs thermiques et la répartition des consommateurs d'électricité. Une première amélioration consiste donc à délocaliser la production de l'énergie électrique des grosses centrales vers des unités élémentaires (maison, immeuble, entreprise) où la production d'électricité sera obtenue en cogénération. Ainsi, une partie de l'année, celle durant laquelle la consommation énergétique est très importante, l'énergie consommée le sera avec un rendement maximal proche de 100%. Chaque foyer, immeuble, entreprise produira l'électricité en fonction de ses besoins en chauffage, la chaleur correspond aux résidus thermiques qui résultent de la génération d'électricité. Ainsi les flux d'électricité empruntant le réseau peuvent être minimisés de même que le trajet moyen de l'électricité sur le réseau. Ce qui est une autre source d'économie d'énergie notable, mais c'est aussi une économie en terme d'infrastructure et de maintenance. C'est également un gain en termes de sécurité puisque l'approvisionnement est beaucoup moins sensible aux cataclysmes qui endommagent régulièrement les réseaux électriques. Le transport se faisant sur de courtes distances, de voisinage en voisinage, l'impact de ces catastrophes endémiques est donc considérablement réduit et les individus ou collectivités gagnent en autonomie puisqu'ils deviennent producteurs d'électricité et comme tels peuvent apporter une réponse rapide et ciblée aux demandes locales. L'avantage des grosses centrales peut encore résister un peu pour la seconde moitié de l'année, lorsque la cogénération n'apporte plus son intérêt décisif, en été. En effet les techniques utilisées par les grandes unités et leur gestion plus précise leur confèrent un meilleur rendement. Cette différence entre le particulier et l'industriel est d'autant plus important que le rendement des motorisations est globalement médiocre. Mais plus le rendement des moteurs associés aux générateurs électriques croitra, plus l'avantage de l'industriel sur le particulier s'étiolera. Or c'est précisément un gain appréciable dans ce sens qu'offrent les mécanismes à cycles triangulaires et trapézoïdaux ainsi que les cycles combinés 2 en 1 et 3 en 1. Il n'y aura donc très peu ou plus aucun avantage à garder de grosses structures pour la production d'électricité même en dehors de la période où la cogénération permet un rendement de 100% puisque le rendement des minis ou micros générateurs concurrenceront ceux des industriels avec des coûts énergétiques de transport et d'infrastructure moindre. L'énergie thermique consommée annuellement par une habitation est importante mais la puissance thermique consommée est faible en regard des motorisations ce qui nécessiterait de réaliser de très petits générateurs mais compte tenu que le rendement attendu des motorisations que nous considérons est espéré proche de 0,7 et plus selon les énergies exploitées et les cycles thermodynamiques, la chaleur résiduelle (l'isotherme basse température) correspond à la petite fraction de l'énergie consommée ce qui évitera d'être contraint à produire des générateurs de trop petite taille. Pour une puissance de chauffage déterminée il faut un générateur plus puissant, produisant plus d'électricité lorsque son rendement moteur est excellent. Les dimensions et la conception de ces motorisations sera donc plus aisée et les générateurs seront plus performants. Les supers centrales électriques et les réseaux dont elles dépendent ne sont plus adaptés à la production d'électricité économe en énergie et en émission de CO2 à partir d'énergie fossile et certaines énergies renouvelables. Néanmoins une autre forme de super centrale pourrait avoir un avenir favorable, me semble t il, dans les domaines du solaire et de l'éolien. La production solaire des citées ne peut suffire à leur consommation, le danger et les nuisances sonores des grandes éoliennes ne permettent pas de les installer dans celles-ci. La production d'énergie renouvelable et de substitution se fera donc à la périphérie des citées, dans leur banlieue là où la densité de consommateurs baisse et la surface réceptrice augmente, ou par des centrales éloignées des citées. Ce qui pourrait favoriser le regroupement en grande unité ainsi que l'usage d'un réseau adapté au transport de grande puissance. La principale énergie renouvelable est le solaire, c'est aussi la mieux répartie même si elle reste sujette, comme l'éolien, aux spécificités régionales. Or parler d'énergie solaire est, pour beaucoup, synonyme de photovoltaïque. Ce qui est une mauvaise réponse en termes de rendement même si c'est par ailleurs une solution onéreuse mais simple. Le rendement théorique maximal des cellules photovoltaïques est de 85%. A ce jour il est bien moindre ! Bien qu'il ait progressé il reste voisin de 20%. Dans une configuration simple adaptée à un usage destiné aux particuliers l'exploitation thermique du solaire permet non seulement de produire de l'électricité avec un bon rendement (théoriquement avec une surchauffe solaire de 150° un moteur à cycle triangulaire obtient un rendement de 20%) mais il permet de produire cette électricité en cogénération ce qui donne un rendement proche de 100% sur une longue période de l'année et la période cruciale où la consommation d'énergie est maximale alors que le flux solaire est lui minimal. En été, lorsque la cogénération est sans intérêt, le rendement des panneaux solaires thermiques et du générateur est alors limité à la seule valeur de rendement du générateur laquelle reste malgré tout, au moins à court et moyen terme, supérieure au rendement des panneaux photovoltaïques commercialisés. Le seul point faible de cette solution par rapport au photovoltaïque est l'usage d'un système moteur. Mais les progrès accomplis en matière de fiabilité et d'autonomie ainsi que de durée de vie des moteurs relativisent considérablement ce point faible.

L'application des mécanismes à ce domaine permet de réaliser des systèmes de cogénération à énergie mixte, pouvant fonctionner de jour avec le solaire et de nuit avec un combustible (fossile ou d'énergie renouvelable) et poursuivre la nuit avec le combustible seul ou en associant une énergie thermique, stockée par exemple, à l'énergie d'un combustible. Ceci est rendu possible grâce au fait que les cycles triangulaires ou combinés ont une compression isotherme qui permet d'exploiter la source de chaleur dès les basses énergies après quoi le combustible permet d'élever la température au-delà de la température obtenue par les capteurs solaires (par exemple) et d'en exploiter tout le flux thermique. Du fait que les mécanismes décrits permettent de travailler selon des cycles différents, il est donc possible de faire travailler le mécanisme avec une alimentation mixte solaire et combustible le jour selon un cycle triangulaire ou combiné puis, la nuit, le faire travailler avec le seul combustible et selon un cycle de type Carnot (Stirling, Ericsson, Carnot, etc.) plus performant. Les cycles de type Carnot étant basés sur des isothermes basse et haute température ils conviennent mal pour l'exploitation d'une source peu énergétique avec un fort rendement moteur. Sans concentrateur solaire ils ne peuvent pas fonctionner ainsi et l'usage d'un combustible annexe en plus du solaire n'en accroit pas les performances mais seulement la quantité de chaleur traitée. Au mieux l'usage d'un combustible annexe permettrait il de surchauffer légèrement le flux thermique solaire alimentant l'isotherme chaude d'un mécanisme de type Carnot. Un epsilon thermique correspondant aux écarts de température lors des échanges thermiques. Or grâce au cycle triangulaire et aux cycles combinés l'énergie solaire s'ajoute à l'énergie du combustible afin d'accroître le rendement du cycle. Le rendement de ces cycles est moindre que celui de Carnot mais la part solaire étant `gratuite' elle permet d'augmenter le rendement apparent du générateur dans le rapport énergie électrique / énergie couteuse. Par ailleurs si le rendement est moins bon que celui de Carnot, il n'en reste pas moins que la totalité de l'énergie consommée est exploitée en cogénération, 100% du solaire dès les premiers rayons et 100% du combustible. Rappelons que, si Tf est la température de la source froide soit en cogénération la température de chauffage du bâtiment et Tc la température de la source chaude, alors le rendement d'un cycle triangulaire est de 1 - Tf / (Tc - Tf) * ln ( Tc/ Tf) ce qui correspond à des rendements de 0.26 pour Tf=20° et Tc=250° ou 0.66 pour Tf=20° et Tc=1600°. La cogénération est un procédé déjà ancien bien que peu exploité. Ces réalisations sont souvent des quasis prototypes limités à de grosses structures et souvent associé à des générateurs puissants tels que des turbines à gaz. L'invention, grâce aux mécanismes auxquels elle fait référence, permet de réaliser des systèmes de cogénération à l'échelle individuelle permettant de produire le chauffage d'une habitation à partir des pertes entropiques du générateur. En effet, si nous déterminons les caractéristiques du moteur-générateur en fonction de la consommation thermique d'un bâtiment qui exploite les pertes thermiques du moteur-générateur, plus le rendement moteur est faible plus la puissance du générateur utilisé en cogénération est faible (plus vite les besoins thermiques sont satisfaits) ce qui amène à réaliser des générateurs de très petite taille lesquels sont plus délicats à réaliser et dont les performances sont dégradés de ce fait. Or les rendements attendus des motorisations sont supérieurs aux rendements des moteurs habituels, les pertes thermiques étant moindres les besoins thermiques en chauffage induiront une production plus importante d'électricité donc un générateur de plus grande puissance. Grâce à quoi la taille du générateur dépassera la taille critique nécessaire afin de réaliser un mécanisme performant. Plus le mécanisme sera performant et plus l'énergie électrique sera rentable et plus le chauffage sera `gratuit' voire rémunérateur. Nous cherchons à nous positionner par rapport à la barre des 0.55 de rendement qui correspond au rendement des centrales thermiques actuelles lesquelles bénéficient de coûts d'achat de combustible avantageux du fait de leur consommation importante. Une autre singularité de l'invention tient au fait que la cogénération exploite la chaleur dégagée par une compression isotherme basse température et non pas les résidus thermiques chauds des gaz d'échappement. Nous en avons tous l'expérience, la vapeur d'eau contenue dans les gaz d'échappement a tendance à oxyder rapidement les pots d'échappement ce qui engendre des frais et une maintenance régulière. Le fait d'exploiter une chaleur que nous pourrions dire sèche, en amont lors de la compression est une caractéristique des mécanismes auxquels nous faisons référence que nous exploitons et un point fort très appréciable pour un système de cogénération. La présente invention consiste à utiliser les mécanismes à volume de travail clos et les mécanismes à cycle triangulaire et trapézoïdal ainsi que les cycles combinés 2 en 1 et 3 en 1 en générateurs pouvant être utilisés en cogénération. Ils peuvent être utilisés avec une énergie solaire, géothermique ou thermique, alternative comme les agro carburants, l'hydrogène, un combustible fossile ou toute forme de flux de matière chaude ou froide gazeuse, liquide ou solide. Ils peuvent exploiter une ou plusieurs des énergies citées, simultanément ou alternativement. En solaire, les capteurs thermiques solaires peuvent être plans ou travailler en concentrateurs. Des capteurs thermiques plans sont simples et s'insèrent aisément sur un bâtiment mais le rendement électrique qu'ils permettent est médiocre, à peine supérieur au rendement des capteurs photovoltaïques, un gain de l'ordre de 50% ce qui est médiocre compte tenu du mauvais rendement de ces derniers. Des concentrateurs solaires autorisent de bons rendements car ils focalisent le flux solaire sur un petit capteur mais ils sont encombrants ce qui aurait tendance à les éloigner des habitations et donc de perdre le bénéfice de la cogénération. Les cycles triangulaires, et par conséquence les cycles trapézoïdaux dont ils sont extraits, se caractérisent par une compression et une détente dont l'une est isotherme et l'autre est adiabatique. Les cycles combinés sont une extension et une amélioration des cycles combinés utilisés dans la production d'énergie. Au lieu de combiner une turbine à gaz avec une turbine à vapeur qui exploite une partie des résidus thermiques de la turbine, les moteurs à cycle combiné 2 en 1 combinent, dans un seul et même mécanisme, un cycle moteur tel qu'un moteur à explosion, turboréacteur, une turbine à gaz, un etc. à un cycle triangulaire ou trapézoïdal qui se comporte comme les turbine à vapeur combinées et améliore le recyclage des résidus thermiques du moteur natif. La caractéristique des moteurs à explosion, des turbines, des turboréacteurs est d'avoir une compression et une détente adiabatiques. Ainsi les moteurs combinant un cycle moteur triangulaire pointe en bas avec un cycle moteur à explosion auront leur compression isotherme propre au cycle triangulaire, modifiée elle sera en partie isotherme et en partie adiabatique (propre au cycle moteur à explosion). Le cycle obtenu est un cycle combiné 2 en 1 combinant un cycle moteur à explosion à un cycle triangulaire qui en exploite la chaleur résiduelle ou à un cycle trapézoïdal qui exploite la part la plus énergétique de ces résidus. De même la caractéristique des cycles de type Carnot (Carnot, Stirling et Ericsson) est d'avoir une compression et une détente isothermes. D'où d'autres familles de combinaison, dont la combinaison 3 en 1, qui correspond à un cycle combinant les trois formes de cycle, cycle triangulaire ou trapézoïdal, cycle moteur à explosion et cycle de type Carnot.

Un tel cycle se caractérise par le fait d'avoir une compression en partie isotherme et en partie adiabatique ainsi que sa détente qui est elle aussi en partie isotherme et en partie adiabatique. Les mécanismes qui réalisent ces cycles sont la principale part des moteurs auxquels cette invention se réfère. L'autre partie des moteurs de référence est donnée par les moteurs à combustion externe à volume de travail clos pour lesquels le fluide de travail demeure en permanence clos dans le volume de travail. Un volume de travail qui est unique, les moteurs de Stirling en ont deux, par exemple. Les échanges thermiques nécessaires au fonctionnement du cycle moteur sont donnés par un échangeur thermique qui, la plus part du temps, est interne au volume de travail. Une position qui donne à cet échangeur de maximiser ses échanges avec le fluide de travail et de minimiser ses pertes thermiques avec le milieu extérieur.

Selon des modes particuliers de réalisation la cogénération produite par le dispositif permet de chauffer un ou des bâtiments, habitation, appartement, bureaux, usines, serre, piscine selon des usages très classiques mais il peut entrer dans des procédés industriels thermiques inattendus. A titre d'exemple non limitatif, il est possible d'envisager que des industriels de l'agroalimentaire utilisent des dispositifs selon l'invention afin de produire par cogénération la chaleur nécessaire à leurs fours.

Bien mieux que de dépenser en pure perte les frais complets inhérents au chauffage de leurs fours il est plus judicieux d'utiliser un dispositif selon l'invention qui produise de l'électricité et dont les pertes entropiques sont adaptées aux procédés de cette industrie. Si de tels fours travaillent à 200°C la source froide du moteur n'est pas de 10 ou 20°C mais elle est placée à 200° de sorte que ses pertes entropiques soient exploitées à 100% par cette industrie. Avec un moteur à combustion externe travaillant à une température voisine de 1200° selon cycle de type Carnot dont le rendement est proche de Carnot, de 1200° à 200° ce moteur aurait un rendement supérieur à 0.6 (aux mêmes températures un cycle triangulaire aurait un rendement médiocre de 0.45). Ce qui reste supérieur au 0.55 du rendement des moteurs diesels de l'industrie... alors que 100% de l'énergie consommée est exploitée. Il y a donc moyen de réduire les coûts sinon de rendre lucratifs ses procédés industriels.

L'électricité est l'énergie la plus pratique mais aussi la plus chère. Selon des variantes à l'invention, lorsque la valeur ajoutée par la production d'électricité est trop faible le couple moteur peut être exploité à d'autres fins que celle de la production électrique. Ici, tout dépend du bénéfice de l'invention qui importe le plus à l'usager: la chaleur produite par cogénération ou l'électricité. Si la préférence est donnée à la production électrique alors la production se calera sur la demande, mais si la préférence est donnée à la production de chaleur par cogénération alors le couple moteur inutilisé peut être exploitée ponctuellement, durant les creux de consommation, ou durablement voire de manière permanente à d'autres fins, pouvant être mécaniques et non de production électrique. La solution immédiate est d'exploiter directement ce couple moteur avec une pompe à chaleur. De cette manière la consommation énergétique (payante) est réduite au minimum.

Selon des variantes à l'invention, exprimée ci-dessus, le moteur peut fournir un couple moteur à une pompe à chaleur. Celle-ci peut compléter le chauffage par cogénération ou participer aux besoins thermiques de procédés industriels. Selon des variantes à l'invention celle-ci dispose d'accumulateur thermique 31 dans le ou lesquels les excédants de chaleur ou d'énergie ou l'énergie électrique d'un réseau public 29 ou privé est stockée sous forme thermique. Cette chaleur est déstockée (à l'état brut pour le chauffage, par exemple) ou exploitée (pour produire un couple moteur, par exemple) ou reconvertie en électricité de manière différée où lorsque sa production est stimulée ou programmée. Selon des variantes à l'invention possède un ensemble moteur 1 et générateur électrique 2 réversible en pompe à chaleur 1 et moteur électrique 2, ou le dispositif mécanique comporte un mécanisme de type pompe à chaleur permettant un stockage réversible de l'énergie, lorsque le cycle thermique utilisé pour le stockage est le même que le cycle moteur pour le déstockage le rendement théorique du stockage-déstockage est parfait, ou le mécanisme de commande du dispositif, le plus simple et le plus efficace est un calculateur (un processeur) disposant des algorithmes est des capteurs et système de commandes adaptés, fait travailler la pompe à chaleur selon deux modes thermiques distincts ou sur deux circuits thermiques distincts, circuit de stockage thermique et circuit de chauffage, selon de courtes alternances au cours desquelles la pompe à chaleur sert successivement ces circuits. Pour un dispositif permettant le chauffage d'une habitation ces circuits thermiques peuvent être simplement mis en série. Le gain n'étant pas très important.

Selon des variantes à l'invention, le mécanisme dispose d'une batterie d'accumulateurs thermiques qui permettent de stocker l'électricité du réseau public sous forme thermique en heures creuses afin d'être exploitée ou reconvertie en électricité aux heures de grande consommation, le mécanisme peut disposer de moteur et générateur réversibles en pompe à chaleur et moteur électrique ou il peut disposer d'un certain nombre de pompes à chaleur spécialisées. Les pompes à chaleur peuvent n'être affectées qu'à une seule tâche (le chauffage du bâtiment, par exemple, ou à l'usage thermique d'un procédé industriel, etc.) ou à plusieurs tâches telles que le chauffage du bâtiment (à titre d'exemple non limitatif) et le stockage de chaleur à haute température dans les accumulateurs thermiques. La/les pompe à chaleur peut capter la chaleur de toute sorte de source thermique (air, eau, cours d'eau, géothermale, sol, flux de matière, mais aussi solaire, d'un autre stockage primaire de chaleur de moindre température,...). Selon des variantes à l'invention la chaleur exploitée par le moteur peut être d'origine solaire, géothermale, résulter de la combustion de bois ou de composé à base bois, de rejets industriels chauds, de la chaleur de flux de matière, ou de combustible fossile ou renouvelable. Selon des variantes à l'invention le dispositif mécanique peut comporter un accumulateur ou ensemble d'accumulateurs thermiques associés en batterie. Celui-ci sert à stocker des surplus de chaleur ou à en différer l'exploitation. Selon des variantes à l'invention le moteur peut exploiter une ou des énergies telles qu'un combustible fossile (essence, Diesel, fiouls, charbon, GPL, gaz de ville, propane, butane,...) ou un combustible renouvelable (agro-carburant, bois ou composés à base de bois, méthane, alcool) ou de l'hydrogène.

Selon des variantes à l'invention un dispositif électrotechnique de traitement du courant électrique (tel qu'un transformateur ou un onduleur) peut être associé au mécanisme. Selon des variantes à l'invention le mécanisme est muni d'un dispositif électronique lui permettant d'appliquer des consignes de chauffage ou de production d'électricité ou de recevoir et appliquer des consignes extérieures -consignes que le fournisseur d'électricité auquel est vendue la production électrique peut lui adresser par onde porteuse ou via Internet, par exemple, ou qui permet au propriétaire de vérifier le fonctionnement ou d'appliquer des consignes à son mécanisme de chauffage et de production d'électricité via Internet- ou conférant au dispositif une aptitude d'adaptabilité à l'état fluctuant des sources d'énergie, des besoins thermiques, des consignes variables de production électrique, etc. Le dispositif permet de gérer localement ou de manière délocalisée le mécanisme de chauffage et de production électrique ou de définir une politique fine et personnelle de la gestion du mécanisme et des énergies produites et consommées prenant en compte les offres dynamiques transmissent par le réseau. Ce dispositif électronique pourra offrir des fonctions simples mais appréciables comme des choix de seuil, tant que les coûts d'achat de l'électricité sont inférieurs à un seuil donné (lequel peut dépendre du cout d'achat d'une énergie primaire telle que le gaz de ville) le dispositif ignore les sollicitations du fournisseur électrique acheteur, passé ce seuil la production est démarrée ou accrue. Selon des variantes à l'invention les mécanismes exploitant la chaleur géothermique ou solaire ou d'accumulateur thermique et produisant une énergie, électrique ou mécanique, ainsi que de la chaleur par cogénération peuvent disposer d'un moteur différent de ceux auxquels nous faisions référence. Bien qu'il soit préférable qu'il soit de l'une de ces conceptions puisque performantes pour ce type d'application, le moteur thermique peut être un moteur à vapeur classique ou un moteur de type Carnot (cycle de Carnot, de Stirling, d'Ericsson, etc. l'ensemble des moteurs dont le rendement est celui de Carnot) selon l'une de ses nombreuses déclinaisons, par exemple et de manière non restrictive. Selon des variantes ou extensions à l'invention les mécanismes stockant / déstockant l'énergie électrique d'un réseau public ou sa propre production électrique, mécanique ou thermique dans des accumulateurs thermiques peuvent disposer de pompe(s) à chaleur ou de générateur dont le moteur est quelconque (non nécessairement l'un de ceux dont je fais référence en annexe). Là aussi le moteur transformant la chaleur stockée en énergie mécanique puis électrique peut être un moteur à vapeur classique ou de type Carnot ou toute forme motorisation adaptée. La figure 1 représente le schéma d'un groupe générateur composé à partir des moteurs auxquels nous nous référons qui seront présentés par la suite. La figure 2 représente une motorisation à combustion externe à volume de travail clos adaptée à 35 l'invention pour un usage à deux sources d'énergie. C'est la représentation des moteurs à combustion externe à volume de travail unique et clos. La figure 3 représente une motorisation à cycle triangulaire ou trapézoïdal pouvant être à combustion externe et interne simultanément ou alternativement, adaptée à l'invention. La figure 4 représente la cogénération d'électricité et chauffage d'un bâtiment à partir de panneaux 40 solaires thermiques.

La figure 5 représente la cogénération d'électricité et chauffage d'un bâtiment grâce à un concentrateur solaire qui permet un meilleur rendement électrique. La figure 6 représente la cogénération d'électricité et de chauffage d'un bâtiment à partir d'une alimentation mixte du générateur, solaire et un combustible (gaz de ville).

La figure 7 représente la cogénération d'électricité et de chauffage d'un bâtiment à partir d'une alimentation mixte du générateur, un circuit primaire exploitant la chaleur dégagée par une cheminée et une alimentation par un combustible (le gaz de ville). La figure 8 représente un moyen de stockage de l'énergie électrique diffus, réparti sur une population d'usagers-partenaires. Le stockage est favorisé aux heures creuses, le déstockage aux heures de forte demande électrique. La stratégie énergétique pouvant être stimulée à distance vers chaque quartier, ville, région par onde porteuse. La figure 9 représente un moteur à combustion externe accomplissant un cycle triangulaire ou trapézoïdal pouvant être adapté en moteur à combustion interne tel que celui de la figure 3. La figure 10 représente un moteur à combustion interne dont l'architecture permet de réaliser les cycles combinés 2 en 1 et 3 en 1, la combinaison des cycles se faisant en série. La figure 11 représente un moteur à combustion interne à cycle combiné en parallèle. La figure 12 représente un moteur à combustion externe à cycle combiné en parallèle. La figure 13 représente un moteur à combustion externe permettant de réaliser les cycles triangulaires ainsi que les cycles trapézoïdaux, où le mécanisme principal travaille selon les modes isotherme et adiabatique. La figure 14 représente un moteur à combustion interne dont l'élément principal travaille tantôt en isotherme tantôt en adiabatique. En référence à la figure 1, l'invention comprend un moteur 1 correspondant à l'un des moteurs à cycle triangulaire ou trapézoïdal ou à cycle combiné 2 en 1 ou 3 en 1, ou un moteur à combustion externe à volume de travail clos dont les échanges thermiques nécessaires au cycle moteur sont apportés par un échangeur interne au volume de travail, de préférence, ou périphérique au volume de travail, et d'un générateur électrique 2 qui fournit un courant électrique We. Le moteur 1 peut exploiter plusieurs sources d'énergie lesquelles peuvent être thermique, Qn, ou à partir de combustible, Cn. Les pertes entropiques Qi du moteur 1 sont généralement, pour les moteurs auxquels nous nous référons, la chaleur dégagée par une compression isotherme. Ces pertes peuvent être exploitées et chauffer par cogénération un bâtiment (maison, appartement, immeuble, bureaux, usine, piscine, serre etc.). Dans ce cas le rendement électrique est légèrement affecté par la température de compression légèrement plus élevée puisque la cogénération est utile précisément lorsque la température de l'air extérieure est basse, les motorisations auxquels nous nous référons se caractérisent par une compression isotherme froide (pour un cycle moteur triangulaire pointe en bas), ce qui n'optimisent pas leur rendement électrique autant qu'il leur serait possible. Le rendement électrique est légèrement affecté, le rendement énergétique est lui optimisé puisque quasiment 100% de l'énergie consommée est utilisée. Nous remarquerons que les motorisations sont optimisées et que la cogénération s'ajoute à cette optimisation. Le gain est poussé au second degré.

Les cycles combinés 2 en 1 optimisent en intégrant dans le cycle moteur le cycle permettant de recycler la chaleur que le cycle original aurait perdue. Dans une cogénération classique, cette chaleur aurait été utilisée à une fonction de chauffage voire de refroidissement, or cette chaleur peut produire de l'énergie noble. Il serait donc dommage d'utiliser cette chaleur telle quelle à des fins thermiques, comme il est dommage de bruler du combustible pour chauffer alors que les pertes entropiques d'un moteur peuvent le faire tandis qu'il produit de l'énergie noble telle que de l'électricité. Il y a donc une optimisation préalable du rendement moteur avant d'achever l'optimisation par une cogénération qui reste une optimisation très appréciable en pays tempérés mais saisonnière. En référence à la figure 2, le schéma correspond à l'une des motorisations auxquelles nous nous référons. Il s'agit d'un moteur à combustion externe dont le volume de travail 4 contenant un fluide de travail quelconque (l'hélium est souvent choisi dans ce type de motorisation) est clos. Le fluide de travail n'est jamais expulsé ou admis selon les alternances du cycle thermodynamique du moteur. Les cycles moteurs sont obtenus grâce à un échangeur interne 5 qui effectue les échanges thermiques entre le fluide caloporteur qui le traverse et le fluide de travail clos dans le volume 4 dans lequel est placé l'échangeur interne 5. Les flux du fluide caloporteur sont indiqués par les flèches 12. La partie mécanique comprend un piston 3 muni d'une gorge 6 dans laquelle s'imbrique l'échangeur interne 5 de forme cylindrique lorsque le piston 3 remonte vers son point mort haut. L'échangeur interne 5 est connecté aux circuits par lesquels les flux thermiques du fluide caloporteur lui sont amenés. Le circuit 17 correspond à la source froide du moteur, en cogénération nous lui donnons dans les figures qui suivront le numéro 24. Ce qui correspond à une tête de bruleur d'un moteur à combustion externe est composé d'un circuit primaire de préchauffage composé d'un échangeur thermique 8 il est alimenté par un flux thermique primaire 11 qui peut, par exemple et de manière non limitative être d'origine solaire ou géothermale ou provenant de la combustion d'une cheminée. Le flux d'air entrant 10 est alors chauffé par l'échangeur 8 avant de pénétrer dans la chambre de combustion 7 puis de céder sa chaleur au fluide caloporteur dans l'échangeur 9. Celui-ci chauffera le fluide de travail aux temps du cycle moteur qui conviennent, selon l'automate qui gère les flux thermiques correspondant au cycle thermodynamique du moteur. L'échangeur 8 donne la quantité de chaleur QI de la source primaire à l'air admis, la combustion du carburant Cl ajoute une quantité de chaleur Q2 aux gaz brulés, le fluide caloporteur transporte une quantité de chaleur voisine de Q1+Q2 au moteur. Selon cette disposition il est possible de n'exploiter que la source primaire (Ql) ou que la source secondaire (le combustible Cl) ou les deux en même temps. Lorsque le moteur n'exploite que la source primaire, des commutateurs 13 permettent de rediriger le flux primaire 11 directement vers le circuit moteur alimentant l'échangeur interne 5. Ce qui évite quelques pertes thermiques inutiles en multipliant les échanges thermiques en série.

En référence à la figure 3, le schéma correspond à l'usage de l'un des moteurs auxquels nous faisons référence en temps que motorisation du générateur, numéroté 1 dans les schémas. Il s'agit d'un moteur à cycle triangulaire ou trapézoïdal, selon un fonctionnement de base qui admet des variantes et combinaisons à d'autres cycles. Il se compose de deux éléments ou cylindres spécialisés 15a et 15i. L'élément 15i correspond à un compresseur isotherme, ce qu'indiquent symboliquement les ailettes du dessin. Le cylindre 15a est un cylindre réalisant des détentes adiabatiques des gaz brulés. Ils disposent des pistons 3 et des soupapes et clapets 14a, 14b, 14c, 14d. Le flux entrant d'air 10 est compressé en isotherme par le compresseur 15i. La compression dégage une quantité de chaleur Qi. Parmi les nombreuses variantes de ce mécanisme l'un d'eux travaille en isobare. Nous ne donnerons de détail que de cette variante. L'air compressé et froid entre dans l'échangeur 8 où il est préchauffé. Ce préchauffage peut être le produit d'un circuit primaire alimenté en chaleur par des capteurs solaires, par exemple et de manière non limitative. Il peut également être associé à l'échangeur 16 afin d'améliorer le cycle et d'accroitre le rendement qui est initialement celui du cycle triangulaire pour se rapprocher du rendement de Carnot lorsque la quantité de chaleur Q1=Qr. Notons la singularité de cette motorisation pour qui le régime optimal n'est ni fixe et médiocre comme les moteurs à explosion ni situé au milieu d'une plage d'utilisation mais est strictement croissant (théoriquement) et tend vers le rendement de Carnot. Plus il est demandé de puissance au moteur, plus son rendement s'améliore. Selon cet usage la source d'énergie du moteur est simple, un carburant quelconque Cl (il serait cependant possible de concevoir des mécanismes travaillant ainsi avec un concentrateur solaire, par exemple). Préchauffé l'air / le mélange arrive dans la chambre de combustion 7 où le carburant Cl et l'air sont embrasés. Les gaz brulants sont ensuite admis dans le cylindre de détente adiabatique 15a. Après leur détente, si le cycle n'est pas triangulaire ou combiné avec un cycle triangulaire, un échangeur 16 capte la chaleur résiduelle Qr afin de la recycler dans l'échangeur 8. La chaleur résiduelle Qr peut aussi être utilisée en cogénération mais ce choix dispendieux n'est pas la solution privilégiée. Qr peut fournir de l'énergie noble (ou améliorer le rendement) alors que les pertes entropiques des moteurs sont inévitables et toujours trop nombreuses. Les gaz brulés sont expulsés détendus et froids, flux 10b. Un grand nombre de variantes sont associées à ce schéma moteur (cf. les dernières figures et éventuellement les brevets déposés conjointement à celui-ci) toutes adaptables à l'invention en temps que moteur 1 du groupe électrogène.

En référence à la figure 4, le schéma représente un bâtiment 30 disposant de panneaux solaires thermiques 20. Le flux solaire Ws permet de chauffer un fluide caloporteur qui alimente un groupe générateur comprenant un moteur 1 et un générateur électrique 2. Le groupe fournit l'électricité We et la chaleur de chauffage du bâtiment Qi. Généralement Qi correspond à une compression isotherme du moteur 1, les motorisations recherchées sont celles qui optimisent leur cycle donc pour lesquelles les pertes thermiques sont égales à la plus basse des températures. En cogénération celle-ci est celle du chauffage du bâtiment. Lorsque la cogénération n'est plus d'aucune utilité, en été par exemple, les pertes entropiques du cycle moteur Qi sont évacuées par un échangeur thermique 21 placé sur l'autre versant du toit, au nord de préférence. Cette solution est simple et économique mais peu efficace. Aussi il peut lui être préféré d'autres solutions plus optimales, certaines conjoncturelles peuvent exploiter la fraicheur d'un cours d'eau ou d'une nappe phréatique dont la température est constante et voisine de 10-14°C, d'autres exploiteront les techniques permettant d'abaisser la température de la source froide par évaporation d'eau, par exemple. L'air en été étant chaud, plus sa température sera abaissée meilleur sera le rendement du générateur. En hivers les pertes entropiques Qi du moteur 1 servent à chauffer le bâtiment. La quantité de chaleur Qi est amenée par le fluide caloporteur via le circuit de chauffage 24 au système de chauffage 28 du bâtiment 30. En été les pertes entropiques sont évacuées dans l'air extérieur via le circuit 25 puis l'échangeur thermique extérieur 21. Le générateur électrique 2 transforme le couple moteur en électricité We, le réseau 26 l'amène au compteur électrique 27 d'où il alimente le bâtiment (moyennant l'installation électrique adéquate, transformateur etc.) ou elle est vendue au fournisseur d'électricité public via la connexion à son réseau électrique 29. Cette installation est simple et peu onéreuse, elle permet d'exploiter 100% du flux solaire en hivers (alors que les panneaux solaires n'en exploitent au mieux que 20%), mais le rendement en été chute au seul rendement moteur qui est un peu supérieur à 20%. En effet les panneaux solaires thermiques ne permettent pas de chauffer le fluide caloporteur au-delà de 300°, généralement, ce qui limite le rendement. Heureusement, les moteurs à cycle triangulaire exploitent la totalité de la bande thermique du fluide caloporteur (soit de 20° à 300°C par exemple) ce qui réduit considérablement les pertes thermiques -un cycle Stirling essaierait de travailler avec un fluide caloporteur oscillant entre 200 et 250° ce qui induirait des pertes thermiques très importantes au niveau des capteurs plans 20 pour une quantité de chaleur exploitée faible, faible bande thermique-. Par contre le rendement des cycles triangulaires est médiocre, il est inférieur au rendement de Carnot, soit : 1 - Tf/(Tc-Tf) * ln(Tc/Tf) où ln est le logarithme népérien, Tf la température de la source froide (les 20° de l'habitat) et Tc la température de la source chaude celle des capteurs solaires (250 à 300°C), cependant en plus d'être supérieur au rendement des capteurs photovoltaïques il permet la cogénération, donc un rendement global voisin de 100% en hivers. La période durant laquelle nous consommons précisément le plus d'énergie, notamment à des fins de chauffage. Pour finir la comparaison entre cycle triangulaire et cycle de Stirling, que peuvent produire les moteurs auxquels nous nous référons tels que les moteurs à volume de travail clos, cf. brevet pour une présentation plus complète, mieux vaut produire un rendement médiocre mais sur une importante quantité de chaleur qu'un rendement amélioré mais sur une faible quantité de chaleur.

En référence à la figure 5, le schéma représente une variante de la figure 4. Les panneaux solaires thermiques ne permettent pas d'obtenir de hautes températures donc le rendement du générateur est médiocre. Une alternative est d'utiliser l'une des techniques de concentration du flux solaire afin d'obtenir de plus hautes températures et donc de meilleurs rendements. Les concentrateurs sont généralement encombrants et peu esthétiques aussi cette solution s'adresse à des particuliers motivés par l'énergie solaire ou à des industriels pour qui l'esthétique, l'encombrement et la commodité cèdent le pas sur l'efficacité et les bénéfices qu'elle apporte. Le concentrateur 22, ici représenté parabolique ce qui n'est pas restrictif, concentre le flux solaire sur le capteur 20. Le circuit 23 transfère la chaleur Ql du capteur 20 au moteur 1 qui selon un cycle plus efficace tel que Stirling, Carnot ou Ericsson ou sinon triangulaire ou vapeur transforme cette chaleur Ql en couple que le générateur électrique 2 transforme en électricité, We. Les pertes entropiques Qi sont exploitées en cogénération afin de chauffer le bâtiment 30. Le circuit 24 amène la chaleur Qi, correspondant généralement à l'isotherme du cycle moteur, au système de chauffage 28 du bâtiment. L'électricité produite est acheminée par le câble 26 au compteur électrique 27 duquel le bâtiment 30 est alimenté et d'où le surplus électrique peut être vendu à un réseau public 29. Le réseau électrique ou le compteur comprend les composants nécessaires au traitement du courant électrique tel qu'un transformateur à la tension et à la fréquence utilisées. Le schéma ne représente pas un choix particulier de système de refroidissement du moteur pour les périodes sans cogénérations. Libre à l'ingénieur d'arrêter son choix sur l'un ce ceux dont il a été fait référence ou tout autre.

En référence à la figure 6, le schéma représente une variante de la figure 4. Deux variantes sont introduites. La première consiste en un moteur 1 travaillant à deux énergies, thermique (solaire) et un combustible (ici nous représentons ce combustible comme étant le gaz de ville auquel raccorde le conduit 32). Le moteur 1 produit une énergie électrique et le chauffage du bâtiment en exploitant ces deux énergies soit simultanément soit alternativement. La seconde variante apportée consiste en l'introduction d'un élément de stockage thermique 31. Grâce à ce stockage thermique il est possible de stocker le surplus du flux solaire dans ce conditionnement afin de l'exploiter ultérieurement, la nuit par exemple. Ainsi, si la surface réceptrice et l'ensoleillement sont suffisants le chauffage et la génération d'électricité se poursuit la nuit. En hivers les particuliers et un certain nombre de professionnels consomment bien plus d'énergie afin de se chauffer qu'ils ne consomment d'électricité à d'autres usages. Donc par le moyen de la cogénération ils deviennent producteurs d'électricité. Une électricité qui, dans le cas du solaire mais également dans le cas de génération à partir de combustibles devient d'autant plus rentable et concurrentielle par rapport aux producteurs industriels que les moteurs auxquels nous nous référons ont des rendements excellents et que de surcroît les pertes entropiques sont utilisées en temps que chauffage. Chauffer sa maison, sa piscine, ses serres etc. n'est plus un gouffre financier mais est gratuit et même devient lucratif selon le tarif d'achat de l'électricité produite et la gestion de cette production. Or la demande et donc le prix d'achat de l'électricité varie avec la demande selon les heures de la journée. Dans ce cas mieux vaut produire beaucoup aux bonnes heures et moindrement aux heures creuses. Aussi un moteur 1 pouvant travailler avec une ou deux énergies et de pouvoir choisir l'une ou l'autre peut se révéler profitable. Les moteurs auxquels nous nous référons ont la particularité d'être adaptatifs et de pouvoir, pour un certain nombre, travailler selon différents cycles. A chaque source d'énergie tel ou tel cycle convient mieux, ainsi ces moteurs peuvent adapter leur fonctionnement aux conditions qui leur sont imposées. Pour une source d'énergie noble comme un combustible ces moteurs peuvent fournir un très bon rendement donc beaucoup d'électricité et des pertes thermiques (utilisées pour le chauffage) moindres alors que pour une énergie thermique médiocre telle que celle de panneaux solaires thermiques elle peine à atteindre 30% (moins de 30% d'électricité et près de 70% de chaleur destinée au chauffage). Aux heures creuses il est donc préférable d'exploiter la chaleur solaire qui produit peu d'électricité et beaucoup de chaleur de chauffage, et aux heures de demande de stocker la chaleur solaire dans des accumulateurs thermiques 31 voire de l'exploiter conjointement avec le combustible. La stocker est la solution privilégiée car le combustible utilisé seul autorise des rendements égaux ou voisins de celui de Carnot, ce qui n'est pas le cas lorsque les deux énergies sont exploitées ensemble. C'est relatif à l'intérêt que l'on porte à la chaleur solaire, gratuite il est vrai mais qui peut avoir une valeur lors de sa conversion en électricité ou par le chauffage qu'elle induit. Selon ces considérations la quantité de chaleur solaire consommée est comptabilisée dans le calcul du rendement et s'ajoute à la consommation ou est assimilée comme gratuite et dans ce cas améliore le rendement électrique. Cette alimentation multiple du moteur permet d'assurer au bâtiment une sécurité en terme de chauffage et de production d'électricité quelques soient les aléas du temps et de l'importance de la couverture solaire du bâtiment. Nuits et jours, jours de pluie et jours ensoleillés le confort et l'alimentation électrique de la maison sont assurés à des coûts réduits autorisant une exploitation rentable de la production électrique. Ce confort et cette sécurité sont assumés par un seul mécanisme et non par l'ajout d'un système de secours annexe palliant au fonctionnement aléatoire et fluctuant du premier. Le schéma comprend une connexion 32 au réseau de gaz de ville qui amène le combustible Cl au moteur 1. Le panneau solaire thermique 20 est relié par le circuit 23 à l'accumulateur thermique 31 et au moteur 1, il fournit une énergie thermique Q1. Le moteur 1 travaille avec la chaleur Ql des panneaux solaires 20 ou celle stockée dans l'accumulateur 31 ou avec le combustible Cl. L'évacuation des gaz brulés 33 rejette les gaz brulés froids et détendus à l'extérieur du bâtiment. Les pertes entropiques Qi du moteur 1 servent à chauffer le bâtiment par cogénération. Lorsque la cogénération n'est plus utile le circuit 25 évacue ses pertes inexploitées Qi vers un échangeur externe 21 qui se refroidit au contact de l'air. Le couple moteur produit permet à un générateur électrique de produire une énergie électrique We que le circuit 26 amène au compteur électrique 27 d'où elle est distribuée au bâtiment ou revendue à un réseau électrique 29. Le moteur 1 associé à la cogénération exploitant l'énergie solaire peut être quelconque et non uniquement l'uns de ceux que nous prenons continuellement en référence, soit un moteur à vapeur, un moteur de Stirling, etc. En référence à la figure 7, le schéma est une variante de la figure 6 où l'énergie solaire est remplacée par la chaleur produite par une cheminée 34. Une cheminée d'appartement a à peu près les mêmes caractéristiques que des capteurs solaires, une production de chaleur peu énergétique pouvant fluctuer voire s'interrompre. Il existe des systèmes automatisés professionnels exploitant le bois qui eux offrent une meilleure utilisation de cette énergie renouvelable et donc permettent à l'invention un meilleur rendement. C'est l'équivalent des concentrateurs en énergie solaire. Le schéma comprend un moteur 1 exploitant deux énergies Ql et Cl. Le circuit primaire du moteur 1 est alimenté, lorsqu'il est actif, par le circuit 23 qui transfert la chaleur prélevée du foyer 34 au moteur. La connexion 32 au réseau public de gaz de ville alimente le moteur en carburant Cl. La transformation de l'énergie Ql ou Cl produit un couple moteur que le générateur électrique 2 transforme en électricité. Les pertes entropiques du moteurs Qi sont exploitées pour chauffer le bâtiment en cogénération. Le circuit 24 amène la chaleur Qi au système de chauffage 28 du bâtiment 30. Lorsque la cogénération n'est plus exploitée, l'été, un système de refroidissement évacue la chaleur Qi du moteur 1. Ce système peut être l'un de ceux mentionnés plus haut. La fumée et les gaz d'échappement détendus et froids sont évacués par le conduit de la cheminée 33. Le couple moteur transformé en électricité We par le générateur électrique 2 est amené au compteur électrique 27 par la ligne 26. De là cette énergie est distribuée au bâtiment ou est vendue au réseau électrique 29.

La double alimentation énergétique du moteur 1 permet de produire de l'électricité été comme hivers, que la cheminée 34 soit active ou non et en absence de toute surveillance et manutention. L'électronique associée au mécanisme permet de permuter d'alimentation ou d'activer l'utilisation du carburant automatiquement. Ainsi le chauffage ou la production d'électricité se poursuit continument sans rupture.

Plus généralement cette aptitude des moteurs à exploiter plusieurs sources d'énergie de nature différente, combustible fossile pour les unes, agro-combustibles pour d'autres, associées à des énergies difficilement régulées telles que le solaire, le bois (pour un foyer alimenté manuellement) ou la géothermie offre une souplesse de production d'électricité appréciable. Les fournisseurs d'électricité disposent de techniques permettant de commander à distance la production d'électricité jusque au niveau des habitations par des signaux électriques envoyés sur onde porteuse. Ainsi la production électrique peut être automatiquement adaptée en fonction de la demande et non plus uniquement selon les dispositions de la météo du jour, ou d'une source thermique variable ou bornée et de rendement de transformation électrique médiocre. Une bonne manière de promouvoir l'écologie est de l'intégrer dans un système rentable et pragmatique. C'est la seule qui puisse être proposée au plus grand nombre. En référence à la figure 8, ce schéma correspond à un ensemble de variantes à l'invention dans lesquelles le groupe générateur (1,2) n'est pas tant à proprement parler un fournisseur d'énergie au réseau électrique public 29 qu'un moyen de stockage/déstockage d'électricité. L'électricité est une énergie simple, pratique, discrète et non polluante (en tant que telle, sa production est généralement polluante) mais elle est difficile à stocker alors que sa consommation varie fortement selon les heures de la journée tandis que les moyens importants mis en oeuvre à sa production souhaiteraient qu'elle soit la plus régulière possible. Le schéma représente un moyen permettant de lisser ces écarts au cours de la journée en transférant une partie de la consommation journalière à des périodes de la journée à favoriser mais également en restituant une partie de cette énergie électrique aux périodes de forte consommation. La technique consiste à stocker l'énergie électrique sous forme thermique Qa dans des accumulateurs 31 durant les heures de surproduction électrique à un cout réduit pour l'usager. Aux heures de forte consommation cette chaleur stockée Qa est utilisée pour le chauffage par cogénération en produisant de l'électricité. La reconversion de la chaleur Qa stockée dans les accumulateurs 31 en énergie électrique est accomplie en prélevant une quantité de chaleur Q1 qui est transformée en énergie électrique We, les pertes entropiques à cette reconversion produisent une quantité de chaleur Qi utilisée pour chauffer le bâtiment 30. L'énergie électrique We produite permet, soit de fournir le bâtiment en électricité durant les heures de forte consommation électrique soit de fournir une énergie électrique au réseau public 29. La conversion et le stockage de l'énergie électrique en énergie thermique Qa est fait avec un assez bon rendement et ce d'autant plus que la durée entre le stockage et son exploitation est toujours strictement inférieure à 24 heures. Le rendement de restitution électrique est lui très faible s'il est réalisé négligemment, par stockage brut en chaleur de l'énergie électrique, car il dépend étroitement de la température du stockage thermique 31. Il serait difficile de produire un rendement de conversion de la chaleur Qa stockée en heure creuse en énergie électrique We, supérieur à 30%. C'est pourquoi ce procédé ne peut être vraiment intéressant qu'en période hivernale lorsque la cogénération permet d'exploiter près de 100% de la chaleur Qa des accumulateurs 31. Ainsi le chauffage du bâtiment est assuré à des frais réduits, au cout des heures creuses, mais il permet pour la part d'énergie reconvertie en électricité de tirer un profit de la différence de tarif. Généralement c'est du simple au double. Le moyen le plus rudimentaire consiste à chauffer une masse d'eau, à titre d'exemple non limitatif, à l'aide d'une simple résistance électrique. Alors la quantité de chaleur stockée Qa égale la quantité d'électricité consommée. C'est simple mais archaïque. Une solution plus écologique, plus économe et de meilleur rendement de stockage/déstockage consiste à utiliser cette énergie électrique en énergie motrice permettant de produire de la chaleur grâce à une pompe à chaleur, par exemple. Alors la quantité de chaleur stockée Qa est très supérieure à la quantité d'électricité consommée.

Théoriquement sa conversion inverse devrait être alors assez proche du cout énergétique nécessaire à sa production ce qui en fait une bonne et authentique solution de stockage. Une dernière amélioration consiste à utiliser l'un des mécanismes thermiques à cycle triangulaire, des mécanismes et des cycles qui sont particulièrement performants dans ce type de travaux et ce contexte. De manière générale, il convient d'adapter le cycle thermique utilisé pour le stockage thermique au cycle moteur de stockage énergétique et aux spécificités du mode de stockage choisi. Par ailleurs le propre des mécanismes auxquels nous nous référons est d'être adaptatifs jusqu'à permettre de fonctionner selon des cycles très différents tel que selon un cycle moteur et selon un cycle thermique. Le calculateur qui gère l'automate du cycle possède en mémoire plusieurs cycles (automates) et peut commander le mécanisme selon l'un ou l'autre, indifféremment. Comme par ailleurs les moteurs/alternateurs sont eux aussi des éléments qui peuvent être réversibles, il est possible de concevoir le mécanisme selon la figure 8. Le mécanisme travaille comme suit. Aux heures où l'électricité est couteuse le mécanisme exploite la chaleur stockée dans la batterie d'accumulateur thermique 31. La quantité de chaleur Q1 est fournie au moteur 1 par le circuit 23 reliant l'accumulateur thermique 31 au moteur. Cette chaleur permet de créer un couple moteur qui fournit une énergie électrique We qui est amenée au compteur électrique 27 par le circuit 26. De là, soit elle alimente le bâtiment à faible frais (aux tarifs heures creuses) soit elle est revendue au réseau public d'électricité 29 moyennant une plus value. Les pertes entropiques Qi sont utilisées en cogénération, elles sont acheminées par le circuit 24 au système de chauffage 28 du bâtiment 30. Lorsque la cogénération est pratiquée celle-ci accroit l'intérêt du stockage thermique de l'électricité. Le coût de ce chauffage -hors toute considération des bénéfices apportés par la reconversion de l'électricité aux heures de pointe- est celui d'une pompe à chaleur travaillant en heures creuses. En heure creuse ou à tout moment où le fournisseur d'électricité est en surproduction et qu'il envoie, par onde porteuse, le signal d'activation du stockage thermique (ou à heures fixes), le groupe inverse de cycle afin de travailler en pompe à chaleur. Alors il capte la chaleur Qp à l'extérieur grâce à un capteur thermique 21. La chaleur Qp est amenée au moteur-pompe à chaleur 1 qui est mu par le moteur électrique 2. La chaleur produite est stockée dans l'accumulateur 31. Durant les heures creuses le chauffage du bâtiment peut être soit assumé par le groupe (1,2) et son calculateur qui peut le faire travailler sur des circuits distincts (circuit de chauffage 24 et circuit de stockage 23) avec à chacun leur spécificité, à l'image d'un calculateur informatique capable de gérer différents terminaux selon une apparente simultanéité. Un terminal peut faire du calcul scientifique tandis que son voisin fait des opérations de bases de données, tous sont reliés au même calculateur qui gère l'un puis l'autre sans que ni l'un ou ni l'autre ne soit affecté par les spécificités de son voisin ni n'en perçoive un retard. Mais un choix moins concis peut être fait et les matériels être dupliqués. Que ce soit par le choix des pompes à chaleur spécifiques au stockage thermique et au chauffage du bâtiment en heures creuses, que ce soit par une association d'une/de pompe(s) à chaleur et d'un groupe électrogène. La duplication des groupes électrogène-pompe à chaleur peut être choisie pour des raisons de fiabilité. Chaque élément peut assumer seul toutes les fonctions cependant chacun reçoit une fonction spécialisée en régime normal. Lorsqu'une panne survient sur l'un d'eux celui qui reste actif est capable de suppléer à son binôme le temps de sa réparation. La duplication n'est alors qu'une question de robustesse du système de stockage-déstockage-chauffage. L'accumulateur 31 pouvant avoir un volume de stockage important, mais également pour des raisons de sécurité du fait des températures et pressions élevées du fluide qu'il contient, peut être aménagé en sous sol, sous le bâtiment ou à l'extérieur dans une enceinte conçue à cet effet. Par ailleurs le sol est un isolant qui concourt à isoler l'accumulateur. Il serait difficile pour un producteur d'électricité de stocker sa production électrique excédentaire sous forme thermique, bien qu'elle puisse avoir un rendement de stockage assez proche de 1 grâce aux cycles thermique et moteur réversibles, tant le volume nécessaire serait important. Mais cette contrainte devient réalisable au niveau des particuliers. De plus, l'électricité stockée correspond à l'énergie acheminée, dont les pertes de transport ont déjà été soustraites. Ces pertes ne seront plus à retirer du rendement de déstockage puisque le déstockage est accompli au voisinage des consommateurs d'électricité. La variante de la figure 8 peut être conjuguée avec les variantes antérieures notamment de la figure 6. La chaleur captée Qp ne provient plus d'une source froide (quelconque, air, eau, sol,...) mais la chaleur captée du soleil. La pompe à chaleur est alors un outil permettant de lui donner un meilleur potentiel de conversion ultérieur. C'est un investissement énergétique dont le profit est réalisé lorsque la demande d'énergie est élevée. Stocker de l'électricité pour un fournisseur d'énergie est une énigme insoluble tant le volume et la masse nécessaire à cet usage sont colossaux. Cependant, lorsque cette tâche est répartie sur une multitude d'usagers-partenaires pour un investissement technique faible ou abordable ayant un retour sur investissement raisonnable la problématique trouve sa solution. La solution de stockage qui vient d'être décrite est une solution très convenable à ce problème. Elle permet également à un fournisseur d'énergie de proposer une offre électrique supérieure au potentiel de son infrastructure puisque sa production en heure creuse peut, de cette manière, être partiellement ajoutée à sa production en pic, à plein régime. Même sans être Californien, plus d'un fournisseur d'électricité au cours d'un hiver rigoureux aurait souhaité ajouter sa capacité de production inexploitée des heures creuses à celle des pics de consommation ! La technique permet aujourd'hui de concevoir mes mécanismes très souples permettant au fournisseur d'énergie de commander ou de stimuler (par une gradation de ses tarifs de vente et d'achat) à distance le stockage et la diffusion d'électricité avec une précision extrême en temps, en lieu, en quantité d'énergie stockée et ce dans le plus grand respect des consommateurs-partenaires comme de leurs intérêts. A terme, il pourrait être envisageable que les fournisseurs d'énergie électrique soient essentiellement des commerciaux passant des ordres d'achat et de vente à de minis et micros unités de production pour les unes, de stockage-déstockage pour d'autres. Les flux électriques de producteurs à consommateurs empruntant le réseau public sur de très courtes distances. En référence à la figure 9, le schéma représente un moteur à combustion externe accomplissant un cycle triangulaire ou trapézoïdal. Un moteur à cycle triangulaire pointe en bas, les motorisations les plus courantes, dont le fluide de travail suit le flux 10 comprend un compresseur isotherme 56 compressant le fluide de travail à basse température, sur le circuit thermique principal 75 est placé l'échangeur thermique principal 8 où le fluide de travail est chauffé, il reçoit une quantité de chaleur Qc, puis il est détendu en adiabatique dans le mécanisme 58, après quoi il est expulsé dans le circuit thermique secondaire 65 où un échangeur 16 optionnel le refroidi en lui prélevant une quantité de chaleur Qr, ce qui correspond aux cycles trapézoïdaux. Les tirets du compresseur isotherme 56 symbolisent l'échangeur qui permet au compresseur de refroidir la compression, celui-ci évacue une quantité de chaleur Qi qui est exploitée en cogénération par les mécanismes selon l'invention. Le mécanisme gagnera à utiliser des échangeurs thermiques internes au volume de travail de manière à optimiser la compression isotherme. Dessinées en gras et indicées 60, 61, 62 et 63 sont les soupapes ou clapets du moteur. Le moteur peut être adapté en moteur à combustion interne en ouvrant le circuit au niveau des points g et h, et en remplaçant l'échangeur thermique principal 8 par une chambre à combustion ou en plaçant sur le mécanisme de détente adiabatique 58 un/des injecteur ou bougie ou en associant l'un et l'autre comme l'illustre la figure 3 avec un échangeur thermique et une chambre à combustion. Cette adaptation est valable pour tous les schémas et mécanismes qui suivent. Selon des variantes à l'invention le circuit 75 peut comporter un déplaceur pour un travail en isochore, ou il peut être dédoublé afin d'isoler l'un des deux circuits le temps du chauffage isochore du fluide qu'il contient, chacun travaillant en alternance, ou son volume intérieur peut être important voire comporter un réservoir qui lisse les variations de pression pour un travail en isobare. En référence à la figure 10, le schéma représente un mécanisme à cycle combiné dérivé du mécanisme précédant, figure 9. Nous retrouvons le compresseur isotherme 56i et le mécanisme de détente adiabatique 58a du moteur à cycle triangulaire pointe en bas de la figure 9. Les cycles combinés intègrent à l'isotherme du triangle une partie adiabatique ou une isotherme à l'adiabatique du triangle. Ce que représente le schéma. Si tous les éléments représentés sont intégrés au moteur alors nous auront un cycle combiné 3 en 1. Pour accomplir un cycle combiné 2 en 1 il suffit de retirer ou 8i et 56a ou 58i et 16i. La motorisation selon un cycle triangulaire ou trapézoïdal pointe en bas produit un flux de fluide de travail selon la direction 10. Dans le circuit secondaire 65 la pression est faible. Le compresseur isotherme 56i compresse en adiabatique le fluide de travail ce qui dégage une quantité de chaleur Qi. Après la compression isotherme le fluide de travail traverse un échangeur optionnel 8i où il peut recevoir une quantité de chaleur Qb. Cet échangeur est utile pour les variantes qui travaillent selon la stratégie de perte thermique entretenue et recyclée, le cycle privilégié est alors le trapèze, la chaleur résiduelle Qr en fin de cycle est prélevée et recyclée, de cycle en cycle, et affectée par l'échangeur 8i au fluide froid issu de la compression isotherme. Puis le fluide est éventuellement compressé en adiabatique par le compresseur optionnel 56a. Le fluide de travail traverse l'échangeur thermique principal 8 pour être éventuellement admis en détente isotherme chaude dans le mécanisme 58i, puis il traverse un échangeur optionnel 16i où il peut recevoir une quantité de chaleur Qd. Puis le fluide est détendu en adiabatique par le mécanisme de détente 58a. La chaleur résiduelle du fluide de travail peut être prélevée par l'échangeur 16. Le cycle est bouclé. Les soupapes 60 sont symbolisées en trait gras. En 3 sont symbolisés les pistons et leur bielle, dans le cadre d'une motorisation de ce type. La figure illustre une option, celle d'une séparation des fonctions isotherme et adiabatique en deux mécanismes spécialisés, 56i et 56a, et 58a et 58i. Il est possible d'accomplir ces deux modes par un seul et même mécanisme, notamment en utilisant des échangeurs internes au volume de travail de ces mécanismes qui sont performants, alors 56i et 56a seront un seul et même mécanisme 56 qui accomplira une compression isotherme et la terminera en adiabatique. De même 58a et 58i seront un seul et unique mécanisme qui accomplira un début de détente isotherme chaude pour l'achever en adiabatique. Selon ce choix technique les échangeurs 8i et 16i disparaissent. Comme il a été dit, le mécanisme peut être adapté en circuit ouvert et notamment selon un mode moteur à combustion interne. L'ouverture se fait au point g pour un cycle triangulaire ou trapézoïdal à pointe en bas et au point h pour un cycle pointe en haut. En référence à la figure 11, le moteur représenté est un moteur à explosion à cycle combiné en parallèle. Il dispose d'échangeurs thermiques optionnels qui permettent une stratégie de pertes thermiques entretenue et recyclées dont l'intérêt est d'accroitre le rendement moteur mais dont le défaut est de travailler à des températures plus élevées que les cycles triangulaires. Le cylindre adiabatique 58 est en parallèle avec le cylindre isotherme 56, les stries 57 symbolisent l'échangeur du compresseur isotherme 56. Celui-ci peut être activé et désactivé. Leurs volumes 68 et 74 communiquent par le conduit 72 dont l'ouverture sur les cylindres 58 et 56 peut être ou permanente ou commandée par une ou deux soupapes 73i et 73a. Le conduit 72 peut comporter un échangeur 8i. Selon les variantes à l'invention la période du cycle mécanique de l'élément isotherme 56 peut être plus importante que la période du cycle mécanique de l'élément adiabatique 58. Leur rapport peut être entier ou fractionnaire. Il en résulte un rapport entre le nombre d'éléments isothermes servant plusieurs éléments adiabatiques, ce qu'illustre le conduit 72b en pointillé. Ainsi un moteur dont l'élément isotherme a un cycle deux fois plus rapide que l'élément adiabatique se comporte comme suit : lorsque le piston 3 du cylindre adiabatique 58 est à mi course de son admission le cylindre isotherme 56 entre en admission. Lorsque les pistons parviennent à leur point mort bas l'admission est achevée, commence la compression. Coté 58 la compression est adiabatique, coté 56 elle est isotherme. Lorsque le piston du cylindre adiabatique 58 est à mi course, l'élément isotherme a terminé la compression, l'air compressé a été entièrement expulsé dans le cylindre 58 en traversant le conduit 72 où il a pu être préchauffé par l'échangeur thermique optionnel 8i. Le conduit 72 est fermé, la soupape 73a fermée. Pendant le quart de cycle suivant l'élément isotherme 56 sert un second élément 58 par le conduit 72b. Le piston 3 du cylindre 58 termine sa compression adiabatique. Parvenu au point mort haut il y a injection ou allumage du carburant (71) et explosion puis détente des gaz brulés. Lorsque le piston est à mi course. L'élément isotherme neutralise son échangeur thermique et ouvre son volume intérieur 74 sur le volume 68 de l'élément adiabatique 58. La détente des gaz brulés se poursuit alors dans les deux cylindres en parallèle, tous deux selon une détente adiabatique. Puis c'est l'expulsion des gaz brulés, flux loi coté isotherme et son équivalent coté adiabatique. Afin de réduire les pertes de charge inutiles les deux cylindres disposent de soupapes d'admission et d'échappement, seul le gaz compressé traverse le conduit 72. Lorsque le piston de l'élément adiabatique 58 est à mi course l'élément isotherme 56 a terminé d'expulser les gaz brulés qu'il contenait. Il ferme ses soupapes puis travaille avec le second élément adiabatique via le conduit 72b. Le fait que l'élément 56 ait un cycle deux fois plus rapide permet de distinguer 56 en deux éléments spécialisés, l'un adiabatique et l'autre isotherme. L'un spécialisé dans la compression isotherme et l'autre dans la détente adiabatique des gaz brulés et optimisé à cet effet. Un tel moteur dispose de quatre éléments adiabatiques 58 et d'un mécanisme de détente adiabatique 56a et d'un compresseur isotherme 56i. Le compresseur isotherme sert à tour de rôle les éléments adiabatiques correctement déphasés. De même le mécanisme de détente adiabatique 56a sert à tour de rôle les éléments adiabatiques 58. Les évacuations des gaz brulés peuvent disposer d'un échangeur 16 (non dessiné) qui en recyclera la chaleur, en grande partie par l'échangeur 8i et pour l'autre part par l'échangeur optionnel 16i. L'usage de cet échangeur optionnel 16i pénalise en termes de poids et d'encombrement le moteur puisque l'élément 58 n'est plus producteur de couple moteur, mais il permet d'améliorer le rendement en amenant l'air (le mélange) à de hautes températures avant combustion. En référence à la figure 12, le schéma représente un mécanisme en circuit fermé combinant les cycles triangulaire (ou trapézoïdal) et moteur à explosion en parallèle. Le moteur basé sur un cycle trapézoïdal (ou triangulaire) pointe en bas produit le flux de fluide de travail 10. Il se comporte comme suit. Le compresseur isotherme 56 compresse en isotherme la fraction du flux qu'il travaille en parallèle avec le compresseur adiabatique 58c. La compression isotherme dégage une quantité de chaleur Qi. Le flux froid sortant du compresseur isotherme 56 est préchauffé en traversant l'échangeur 8i avant de se mélanger au flux qui vient d'être compressé en adiabatique, le flux réuni traverse l'échangeur thermique principal 8 (celui qui peut être remplacé par une chambre à combustion ou lui être associé), il y reçoit une quantité de chaleur Qc avant d'être détendu en adiabatique par le mécanisme de détente 58d. Détendu il est refoulé dans le circuit 65 où il traverse l'échangeur 16, il y cède sa chaleur résiduelle Qr (cycle trapézoïdal). Cette chaleur résiduelle peut être recyclée en préchauffage en se partageant aux deux flux parallélisés dans l'échangeur 8i et dans l'échangeur optionnel 16c. Une manière équivalente et simplifiée consiste à ne pas utiliser d'échangeur 16 (ni d'échangeur 16c) mais uniquement l'échangeur 16i, alors Qrb est identique à Qb. Si la chaleur résiduelle n'est pas utilisée par ce type de recyclage alors elle peut être exploitée en cogénération. Il peut arriver que ce soit là une bonne stratégie énergétique bien que dans la majorité des cas mieux vaut recycler le plus de chaleur possible et n'utiliser à des fins thermiques que les pertes strictement entropiques au mécanisme qui, lorsque le procédé est optimisé, se limitent aux pertes en compression isotherme.

Le mécanisme peut lui aussi être ouvert selon les points g, h et h'. Le point g correspond au point d'ouverture de la plus part des moteurs puisqu'il correspond à un cycle moteur triangulaire ou trapézoïdal pointe en bas. En référence à la figure 13, le moteur comprend un cylindre 56 disposant d'un échangeur thermique 57 grâce auquel il peut réaliser les compressions en isotherme puis être désactivé et réaliser les détentes en adiabatique. Le piston compresse le fluide de travail contenu dans le cylindre en adiabatique ce qui dégage une quantité de chaleur Qi. Puis il expulse le fluide de travail froid dans le circuit 65 où il est chauffé en traversant l'échangeur principal 8. Après quoi il est admis en détente, une détente adiabatique, l'échangeur 57 est désactivé. En fin de détente l'échangeur 57 est réactivé et la compression est accomplie en isotherme. Si l'échangeur 57 est symbolisé par des stries, il sera préféré des échangeurs performants et donc internes au volume de travail plus que des échangeurs périphériques à ce volume. Selon les variantes le mécanisme peut travailler en isochore ou en isobare, user d'un déplaceur ou d'un réservoir qui lisse les variations de pression. En référence à la figure 14, le moteur est à combustion interne lorsqu'il utilise un injecteur ou une bougie 71 permettant de produire l'explosion d'un combustible dans le cylindre 56 ou si une chambre à combustion est associée à l'échangeur thermique 8 sur le circuit 65, mais il peut être une variante de moteur à combustion externe de la figure 13 en circuit ouvert pour lequel la chaleur motrice Qc est apportée par l'échangeur thermique principal 8. Lorsqu'il utilise l'échangeur 16 qui recycle la chaleur résiduelle Qr il peut travailler selon une stratégie de perte thermique entretenue et recyclée qui accroit le rendement moteur. Dans ce cas la chaleur recyclée est transférée à l'air (le mélange) après sa compression isotherme dans l'échangeur 8. Alors la quantité de chaleur Qc est supérieure ou égale à Qr, selon une arithmétique théorique. Les quantités de chaleur sont égales si l'échangeur 8 ne sert qu'à recycler la chaleur résiduelle Qr. Qc est supérieure à Qr si l'échangeur 8 sert également à préchauffer l'air avant l'explosion selon une stratégie visant à économiser l'oxygène contenue dans l'air compressé afin de l'exploiter pour une combustion à haute température. Grâce à quoi il est possible de réaliser des cycles combinés 2 en 1 combinant cycle trapézoïdal et cycle de type Carnot. Cette stratégie améliore un peu plus le rendement moteur et peut être associée à une stratégie de perte thermique entretenue et recyclée, alors les améliorations du rendement s'ajoutent et donnent un moteur performant.

L'air ou le mélange provenant des organes précédents, filtre à air ou carburateur ou turbo, est admis selon le flux 10a. Puis il est compressé en isotherme, l'échangeur 57 qui est activé évacue une quantité de chaleur Qi correspondant à la compression. Après compression l'air frais et compressé est expulsé dans le circuit 65, il traverse l'échangeur 8 où il est préchauffé et reçoit une quantité de chaleur Qc correspondant à la chaleur recyclée Qr. L'échangeur thermique 57 du cylindre 56 est inhibé. L'air préchauffé (en isobare ou en isochore selon le choix privilégié) est ensuite admis dans le cylindre 56. Après quoi l'injecteur ou la bougie 71 produit la combustion ou l'explosion du combustible et les gaz brulés sont détendus en adiabatique. La détente accomplie les gaz détendus sont refoulés dans l'échangeur thermique 16 qui en recycle la chaleur résiduelle Qr, celle-ci est affectée à l'échangeur 8. L'échangeur 16 peut contenir ou être précédé d'un dispositif comprenant des chicanes qui permet de faire chuter la surpression des gaz brulés détendus dans le cylindre 56 et de transformer cette surpression en chaleur. Finalement le flux 10e correspond à l'expulsion des gaz brulés détendus et refroidis à une température voisine de la température froide. Par les nombres 60, 61, 62 et 63 sont indiquées les soupapes du moteur qui contrôlent les flux d'air ou de mélange et de gaz brulés.

Selon les variantes isobares ou isochores le volume interne du circuit 65 est soit minimisé soit augmenté pouvant même comporter un réservoir afin de lisser les variations de pression. Selon des variantes isochores il peut disposer d'un déplaceur en série ou en parallèle avec l'échangeur 8, ou il peut avoir le circuit 65 dédoubler afin d'effectuer les échanges thermiques en volume fermé, en alternant le circuit ouvert et le circuit chauffant. D'autre variantes peuvent utiliser un dispositif permettant de défmir un temps de pause lorsque l'air frais et compressé vient d'être expulsé afin que durant ce laps de temps l'air contenu dans le circuit 65 soit chauffé en isochore. Les dispositifs selon l'invention sont particulièrement adaptés pour la réalisation de générateurs électriques, qu'ils soient mobiles ou fixes, et de systèmes de cogénération électricité-chauffage. Ils sont particulièrement adaptés à l'exploitation de source d'énergies propres ou renouvelables telle que le solaire, le bois ou encore le méthane et les alcools produits de la biomasse. Mais également à l'exploitation énergétique de flux de matière, gazeux, liquide ou solide, dont la température diffère, même faiblement, de la chaleur ambiante grâce à l'exploitation de la totalité de la bande thermique qu'ils portent, ainsi qu'à la régulation de la production-consommation d'électricité d'un réseau public grâce à une multitude de mini et micro producteurs diffusés dans le tissu social et industriel consommateur ainsi qu'à des solutions de stockage et production d'énergie électrique pouvant être commandée ou stimulée à distance par onde porteuse au voisinage des points de demande électrique. La solution de stockage thermique de l'électricité excédentaire des heures creuses permet à un fournisseur d'électricité de pouvoir lisser sa production sur un cycle journalier complet et d'être en mesure d'assumer des pics de consommation très élevés, pour ainsi dire sans limite tel qu'une courbe de Dirac. Compte tenu du meilleur rendement de ces générateurs thermiques solaires ainsi que de la meilleure robustesse aux flux solaires hostiles d'un circuit thermique par rapport à un circuit électrique, l'invention trouvera une application potentielle dans le domaine du spatial. 35 40

Claims

REVENDICATIONS1) Dispositif mécanique produisant de l'énergie caractérisé en ce qu'il est composé d'un moteur 1 selon l'un des mécanismes suivants, moteur à combustion externe à volume de travail clos ou moteur à cycle triangulaire ou trapézoïdal ou à cycle combiné 2 en 1 ou 3 en 1, qui exploite une énergie (Qn ou Cn) thermique ou combustible dont le couple actionne un générateur électrique 2 transformant le couple moteur en électricité, ou un mécanisme thermique, ou que les pertes entropiques du moteur 1 sont exploitées en cogénération, ou en ce que le moteur 1 est un moteur de type Stirling ou Ericsson ou Carnot qu'il exploite l'énergie solaire ou la chaleur provenant d'un réservoir thermique ou d'un accumulateur thermique 31 ou géothermique et que ses pertes entropiques sont utilisées en cogénération, ou en ce que le moteur est de type machine à vapeur qu'il exploite l'énergie solaire ou la chaleur provenant d'un réservoir thermique ou d'un accumulateur thermique 31 ou géothermique et que ses pertes entropiques sont utilisées en cogénération.
2) Dispositif mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il exploite, simultanément 15 ou alternativement, plusieurs sources d'énergies (Qn, Cn) qui peuvent être thermique ou de type combustible.
3) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les pertes entropiques Qi du moteur 1 sont exploitées pour le chauffage par cogénération de bâtiment, habitation, appartement, bureau, usine, serre, piscine, ou des procédés industriels nécessitant de la 20 chaleur.
4) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il exploite l'énergie solaire soit à l'aide de panneau solaire thermique 20 soit à l'aide de concentrateur 22 focalisant le flux solaire sur un capteur thermique.
5) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que 25 l'énergie solaire captée par un capteur thermique 20 permet de produire de l'énergie motrice ou électrique et de chauffer par cogénération, le dispositif comprend un moteur 1 qui transforme la chaleur solaire en couple.
6) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il dispose d'accumulateur thermique 31, que les excédants de chaleur ou d'énergie ou l'énergie 30 électrique d'un réseau public 29 ou privé est stockée sous forme thermique dans le/les accumulateurs thermiques 31, que cette chaleur est déstockée ou exploitée ou reconvertie en électricité de manière différée.
7) Dispositif mécanique selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'ensemble moteur 1 et générateur électrique 2 est réversible en pompe à chaleur 1 et moteur électrique 2 ou que le 35 dispositif mécanique comporte un mécanisme de type pompe à chaleur permettant un stockage réversible de l'énergie ou que le mécanisme de commande du dispositif fait travailler la pompe à chaleur selon deux modes thermiques distincts ou sur deux circuits thermiques distincts, circuit de stockage thermique et circuit de chauffage, selon de courtes alternances au cours desquelles la pompe à chaleur sert successivement ces circuits. 40
8) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'uneénergie exploitée (Qn, Cn) par le moteur 1 est solaire, géothermale, la chaleur de flux de matière (gaz, liquide, solide, homogène ou hétérogène), un combustible fossile ou renouvelable, un agrocombustible, le bois ou un composé à base de bois, l'hydrogène.
9) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'est associé un dispositif électrotechnique traitant le courant électrique produit par le générateur 2.
10) Dispositif mécanique selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif est muni de composants électroniques lui permettant d'appliquer des consignes de chauffage Qi ou de production d'électricité We ou de recevoir des consignes extérieures, que le fournisseur d'électricité auquel est fournie la production électrique lui adresse par onde porteuse, par exemple, ou conférant au dispositif une aptitude remarquable d'adaptabilité ou de contrôle et de commande à distance. 20 25 30 35 40