FR2983916A1

FR2983916A1 - External combustion thermal engine for production of electrical energy from e.g. biomass, has closed circuit containing carbon-dioxide with constant density, and flywheel conserving mechanical energy produced by engine

Info

Publication number: FR2983916A1
Application number: FR1103805A
Authority: FR
Inventors: Leonello Acquaviva
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-14

Abstract

The engine has a hot source (1), a cold source (2), and a cylinder (4) provided with a piston (5). A closed circuit contains a driving fluid with constant density, and a flywheel (30) is provided for conservation of mechanical energy produced by the engine, where the engine uses carbon dioxide as the driving fluid in its liquid and gaseous phases. The circuit containing the carbon-dioxide is divided into several parts with different densities by a compartmentation system, where variations of concentration of the carbon-dioxide are obtained by the effect of changes of state of the fluid.

Description

La présente invention concerne un moteur thermique à combustion externe et à densités variables du fluide moteur. Le moteur peut être utilisé pour la production d'énergie électrique à partir d'énergies renouvelables et notamment de l'énergie solaire thermique ou de la biomasse. L'invention présentée utilise comme fluide moteur le dioxyde de carbone à des températures proches de celles de son point critique (310). Le gaz carbonique est contenu dans un circuit fermé comprenant des électrovannes qui permettent de maîtriser ses concentrations selon les besoins. Cette opération est rendue possible par différentes compartimentations du circuit contenant du dioxyde de carbone soit en phase liquide soit en phase gazeuse. 10 Une caractéristique de cette invention est d'être constituée de composants connus, mais c'est la manière de les assembler et de les faire travailler ensemble qui constitue l'aspect innovateur de ce moteur. L'état de la technique actuelle ne permet pas à ce jour d'avoir de bons rendements avec une machine thermique fonctionnant à des températures proches des 15 températures ambiantes et avec un écart limité entre les sources à haute et basse température. La présente invention permet d'atteindre de bonnes performances, même avec un écart de température réduit entre les sources chaude et froide ( à partir d'environ 30-40 degrés), dans un intervalle de températures proches de la température critique du fluide moteur (31°). 20 La présente invention sert à obtenir une production d'énergie électrique grâce à un système respectueux de l'environnement, en utilisant des ressources renouvelables, y compris l'énergie solaire; une machine simple, apte à fonctionner à travers un système thermodynamique économe en énergie primaire. Avant d'exposer le fonctionnement de la machine, il faut rappeler les 25 caractéristiques du dioxyde de carbone qui sera désigné par la suite CO2. Le CO2 est un gaz incolore, inodore, ininflammable, chimiquement peu réactif et non toxique. La présente invention utilise ce fluide à des températures proches de son point critique (31°C) pour en disposer soit à l'état liquide, soit à l'état gazeux. Le dioxyde de carbone est utilisé à des densités entre 0,9 g / cm3 et 0,5 g I cm3 pour obtenir d'importantes 30 variations de pression à partir de faibles différences de températures (pour une densité de 0,75 g / cm3, la pression est de 58,5 bars à 20° C.; de 116,5 bars à 35° C.; de 215,9 bars à 50° C.). Il faut aussi rappeler que la basse valeur de la chaleur spécifique du gaz carbonique permet de faire varier sa température plus facilement. Pour simplifier l'exposé du fonctionnement de la présente invention, on peut 35 préciser que dans cet exemple, et de façon non limitative, par haute température du fluide moteur (gaz carbonique) on entend environ 50-60 degrés, et par basse température environ 15-20 dégrées. 2 983 916 2 Dans un premier mode de réalisation, qui représente sa forme la plus synthétique selon le schéma de la figure 1, le moteur thermique proposé comporte un circuit fermé dans lequel est contenu le fluide moteur. Ce circuit est composé de trois parties ayant des caractéristiques spécifiques: un réservoir-échangeur (3), un concentrateur-échangeur (6) et un gaz-cooler (8). Ces trois parties sont en communication entre elles par les électrovannes (21 et 22), et la densité du CO2 dans la totalité du circuit est d'environ 0,5 gr./cm3 quand ces électrovannes sont ouvertes. Le circuit communique avec un cylindre (4) muni de son piston (5) par l'électrovanne (23) normalement en modalité fermée. The present invention relates to a combustion engine with external combustion and variable densities of the driving fluid. The engine can be used for the production of electrical energy from renewable energies including solar thermal energy or biomass. The disclosed invention uses as the driving fluid the carbon dioxide at temperatures close to those of its critical point (310). The carbon dioxide is contained in a closed circuit comprising solenoid valves which make it possible to control its concentrations as required. This operation is made possible by different compartments of the circuit containing carbon dioxide either in the liquid phase or in the gas phase. A feature of this invention is to consist of known components, but it is the manner of assembling them and making them work together that constitutes the innovative aspect of this engine. The current state of the art does not allow today to have good yields with a thermal machine operating at temperatures close to ambient temperatures and with a limited gap between the high and low temperature sources. The present invention achieves good performance, even with a reduced temperature difference between the hot and cold sources (from about 30-40 degrees), in a temperature range close to the critical temperature of the driving fluid ( 31 °). The present invention serves to achieve electric power generation through an environmentally friendly system, utilizing renewable resources, including solar energy; a simple machine, able to work through a thermodynamic system that saves primary energy. Before exposing the operation of the machine, it is necessary to recall the characteristics of the carbon dioxide which will be designated by the CO2 suite. CO2 is a colorless, odorless, non-flammable, chemically non-reactive and non-toxic gas. The present invention uses this fluid at temperatures close to its critical point (31 ° C) to dispose of it either in the liquid state or in the gaseous state. Carbon dioxide is used at densities between 0.9 g / cm 3 and 0.5 g / cm 3 to obtain large pressure variations from small differences in temperature (at a density of 0.75 g / cm 3 the pressure is 58.5 bar at 20 ° C., 116.5 bar at 35 ° C., 215.9 bar at 50 ° C.). It should also be remembered that the low value of the specific heat of carbon dioxide makes it possible to vary its temperature more easily. To simplify the discussion of the operation of the present invention, it may be pointed out that in this example, and in a nonlimiting manner, by high temperature of the driving fluid (carbon dioxide) is meant about 50-60 degrees, and by low temperature about 15-20 degrees. In a first embodiment, which represents its most synthetic form according to the diagram of FIG. 1, the proposed thermal engine comprises a closed circuit in which the driving fluid is contained. This circuit is composed of three parts having specific characteristics: a reservoir-exchanger (3), a concentrator-exchanger (6) and a gas-cooler (8). These three parts are in communication with each other by the solenoid valves (21 and 22), and the density of CO2 in the entire circuit is about 0.5 gr./cm3 when these solenoid valves are open. The circuit communicates with a cylinder (4) provided with its piston (5) by the solenoid valve (23) normally in closed mode.

Le réservoir-échangeur contient la quantité la plus importante de la totalité de CO2 présente dans le circuit. Le CO2 est maintenu à basse température par le fluide provenant de la source froide (2) et circulant dans l'échangeur du réservoir par le moyen d'une pompe. Dans ces conditions, plus de la moitié du volume du réservoir-échangeur contient du CO2 à l'état liquide. The exchanger tank contains the largest amount of the total CO2 present in the circuit. The CO2 is maintained at low temperature by the fluid coming from the cold source (2) and circulating in the exchanger of the tank by means of a pump. Under these conditions, more than half of the volume of the exchange tank contains CO2 in the liquid state.

Le bas du réservoir-échangeur communique avec le bas du concentrateur- échangeur à travers une électrovanne (21) qui permet le passage du CO2 liquide dans le concentrateur. Dans cette phase de recharge en CO2 du concentrateur, le dioxyde de carbone est maintenu à basse température par la circulation dans l'échangeur de chaleur du fluide provenant de la source froide. Quand le concentrateur-échangeur est rempli de CO2 à l'état liquide, il est isolé du reste du circuit par la fermeture des électrovannes (21) et (22). La fermeture a pour effet d'augmenter la densité du CO2 contenu dans le concentrateur-échangeur. Ensuite, l'inversion de la température dans l'échangeur de chaleur par la circulation du fluide provenant de la source chaude (1) génère un réchauffement du CO2 à haute densité contenu dans le concentrateur. The bottom of the exchanger-tank communicates with the bottom of the concentrator-exchanger through a solenoid valve (21) which allows the passage of liquid CO2 in the concentrator. In this phase of CO2 refilling of the concentrator, the carbon dioxide is kept at low temperature by the circulation in the heat exchanger of the fluid coming from the cold source. When the concentrator-exchanger is filled with CO2 in the liquid state, it is isolated from the rest of the circuit by closing the solenoid valves (21) and (22). The closure has the effect of increasing the density of the CO2 contained in the concentrator-exchanger. Then, the inversion of the temperature in the heat exchanger by the circulation of the fluid from the hot source (1) generates a heating of the high density CO2 contained in the concentrator.

L'augmentation de la température a pour effet d'augmenter fortement les valeurs de la pression du CO2 dans le concentrateur. Avec l'ouverture de l'électrovanne (23), le gaz à haute pression se détend dans le cylindre (4) en déplaçant le piston (5), pour produire un travail mécanique. Pour permettre une détente du gaz à température constante, le cylindre est maintenu à haute température par la circulation dans son échangeur du fluide provenant de la source chaude. Une fois terminée la course du piston, l'électrovanne (23) est fermée et l'électrovanne (24) est ouverte. Une part du CO2 à haute température contenu dans le cylindre se déplace vers le haut du réservoir-échangeur, à température plus basse, en traversant le gaz-cooler où il est refroidi. Le gaz-cooler peut être constitué, par exemple, par une longue serpentine à plusieurs tubes concentriques, avec un système de refroidissement à flux contre-courant. Un système quelconque, comme dans cet exemple un moteur électrique (28), doit fournir un travail mécanique à la machine pour déplacer le piston vers sa position initiale; le reste du CO2 encore présent dans le cylindre est alors comprimé et déplacé vers le réservoir. Cette compression n'augmente pas la pression du CO2 dans le réservoir-échangeur, mais génère la formation de CO2 liquide dans le réservoir maintenu à basse température. À la fin du déplacement du piston, l'électrovanne (24) est fermée et les électrovannes (21) et (22) sont ouvertes pour permettre au gaz à haute température encore contenu dans le concentrateur-échangeur de se déplacer vers le réservoir-échangeur à travers le gaz-cooler; dans le même temps, le concentrateur est refroidi pour permettre au CO2 liquide contenu dans le réservoir de se déplacer vers le concentrateur. Le concentrateur-échangeur se remplit de CO2 à l'état liquide et on revient ainsi aux conditions initiales, pour un nouveau cycle. Pour résumer, le fonctionnement de la machine, dans ce mode de réalisation, comporte les phases suivantes: - une phase initiale d'équilibre : la température du CO2 dans la totalité du circuit fermé est maintenue basse par la circulation du fluide provenant de la source froide dans les échangeurs de chaleur. Le cylindre est maintenu à haute température pour favoriser une expansion isotherme du gaz. La densité globale du CO2 dans le circuit doit permettre d'avoir au moins 50% du dioxyde de carbone en phase liquide. La forme et la disposition des éléments permettent d'avoir dans le concentrateur du CO2 à très forte densité ; - une phase d'expansion du gaz : le concentrateur, contenant du fluide moteur à l'état liquide et à basse température, est isolé du reste du circuit par des électrovannes. Le CO2 à haute densité est réchauffé et génère une forte augmentation de sa pression. Une fois la pression nécessaire atteinte, l'ouverture de l'électrovanne positionnée entre le concentrateur et le cylindre permet au gaz de se détendre dans le cylindre, et génère un travail mécanique par déplacement du piston ; - une phase de compression du gaz : à la fin de la course du piston le gaz contenu dans le cylindre à haute température est transféré au réservoir de CO2, à basse température, à travers le «gas-cooler». Ceci est réalisé par l'ouverture de l'électrovanne positionnée entre le cylindre et le réservoir-échangeur de CO2, et par l'apport simultané d'un travail mécanique extérieur à la machine. Dans cette phase de compression la pression du CO2 n'augmente pas, et la compression a pour effet la transformation du CO2 à l'état gazeux en CO2 à l'état liquide, selon le diagramme pression/volume du gaz carbonique. - et enfin une phase de retour aux conditions initiales : après la course de compression du piston, l'ouverture des vannes qui avaient isolé le concentrateur et le refroidissement du concentrateur permettent au fluide moteur en phase liquide du réservoir-échangeur de passer dans le concentrateur-échangeur pour revenir ainsi aux conditions de départ pour un nouveau cycle. Les ouvertures et les fermetures des électrovannes sont gérées par une centrale de commande électronique. Des vannes de sécurité (34) et (35) sont prévues dans les parties soumises à des hautes pressions pendant le fonctionnement du moteur. Les manomètres (32) et (36) contrôlent les pressions du gaz dans le circuit. La phase active du cycle (expansion du gaz) est caractérisée par des rapides déplacements du piston et des fortes pressions utiles, presque constantes pendant toute la course du piston. La phase de compression du gaz peut présenter une durée différente de celle de la phase d'expansion: le piston peut se déplacer plus lentement pour mieux permettre la formation du CO2 en phase gazeuse. L'énergie mécanique produite est stockée dans un système d'accumulation d'énergie quelconque tel que un volant libre (30), pour prendre un exemple non limitatif. Le moteur thermique objet de cette invention peut, parmi d'autres utilisations, entraîner un alternateur (31) pour la production d'énergie électrique. Pour réduire le temps d'attente de la phase de formation de CO2 à l'état liquide dans le concentrateur, on peut avoir deux ou plusieurs concentrateurs pour un cylindre. Cette multiplication de concentrateurs permet d'avoir toujours un concentrateur prêt à être chauffé et utilisé pour une phase d'expansion. Avec un volume du concentrateur supérieur à trois fois au moins le volume du cylindre, on peut avoir plusieurs phases d'expansion du gaz dans le cylindre pour une même recharge en CO2 liquide. Le cylindre équipé de deux ou plusieurs concentrateurs-échangeurs représente le module base de la machine. On peut avoir de meilleurs performances en ajoutant d'autres modules tout en gardant un unique circuit du fluide moteur. The increase in temperature has the effect of greatly increasing the CO2 pressure values in the concentrator. With the opening of the solenoid valve (23), the high pressure gas expands in the cylinder (4) by moving the piston (5), to produce a mechanical work. To allow expansion of the gas at constant temperature, the cylinder is maintained at high temperature by the circulation in its exchanger of the fluid from the hot source. When the piston stroke is complete, the solenoid valve (23) is closed and the solenoid valve (24) is open. Part of the high temperature CO2 contained in the cylinder moves upwards from the exchanger-tank, at a lower temperature, through the gas-cooler where it is cooled. The gas-cooler can be constituted, for example, by a long serpentine with several concentric tubes, with a countercurrent flow cooling system. Any system, as in this example an electric motor (28), must provide mechanical work to the machine to move the piston to its initial position; the rest of the CO2 still present in the cylinder is then compressed and moved to the reservoir. This compression does not increase the pressure of the CO2 in the exchanger tank, but generates the formation of liquid CO2 in the reservoir maintained at low temperature. At the end of the movement of the piston, the solenoid valve (24) is closed and the solenoid valves (21) and (22) are open to allow the high temperature gas still contained in the concentrator-exchanger to move towards the exchanger-tank through the gas-cooler; at the same time, the concentrator is cooled to allow the liquid CO2 contained in the tank to move to the concentrator. The concentrator-exchanger fills with CO2 in the liquid state and thus returns to the initial conditions, for a new cycle. To summarize, the operation of the machine, in this embodiment, comprises the following phases: an initial phase of equilibrium: the temperature of the CO2 in the entire closed circuit is kept low by the circulation of the fluid from the source cold in the heat exchangers. The cylinder is maintained at a high temperature to promote isothermal expansion of the gas. The overall density of CO2 in the circuit must allow for at least 50% of the carbon dioxide in the liquid phase. The shape and arrangement of the elements make it possible to have very high density CO2 in the concentrator; a gas expansion phase: the concentrator, containing liquid and low temperature liquid working fluid, is isolated from the rest of the circuit by solenoid valves. The high density CO2 is warmed up and generates a strong increase in pressure. Once the necessary pressure is reached, the opening of the solenoid valve positioned between the concentrator and the cylinder allows the gas to relax in the cylinder, and generates a mechanical work by displacement of the piston; - A gas compression phase: at the end of the piston stroke the gas contained in the cylinder at high temperature is transferred to the CO2 tank, at low temperature, through the "gas-cooler". This is achieved by the opening of the solenoid valve positioned between the cylinder and the CO2 exchanger tank, and by the simultaneous introduction of external mechanical work to the machine. In this compression phase the CO2 pressure does not increase, and the compression has the effect of transforming the CO2 in the gaseous state into CO2 in the liquid state, according to the pressure / volume diagram of the carbon dioxide. and finally a phase of return to the initial conditions: after the compression stroke of the piston, the opening of the valves which had isolated the concentrator and the cooling of the concentrator allow the fluid fluid in the liquid phase of the reservoir-exchanger to pass into the concentrator -exchanger to return to the starting conditions for a new cycle. The openings and closures of the solenoid valves are managed by an electronic control unit. Safety valves (34) and (35) are provided in the high pressure portions during engine operation. Manometers (32) and (36) control gas pressures in the circuit. The active phase of the cycle (expansion of the gas) is characterized by rapid displacements of the piston and high useful pressures, almost constant throughout the piston stroke. The compression phase of the gas may have a duration different from that of the expansion phase: the piston can move more slowly to better allow the formation of CO2 in the gas phase. The mechanical energy produced is stored in any energy storage system such as a free wheel (30), to take a non-limiting example. The thermal engine of this invention may, among other uses, drive an alternator (31) for the production of electrical energy. To reduce the waiting time of the phase of formation of CO2 in the liquid state in the concentrator, one can have two or more concentrators for a cylinder. This multiplication of concentrators makes it possible to always have a concentrator ready to be heated and used for an expansion phase. With a volume of the concentrator greater than three times at least the volume of the cylinder, one can have several gas expansion phases in the cylinder for the same liquid CO2 refill. The cylinder equipped with two or more concentrator-exchangers represents the basic module of the machine. One can have better performances by adding other modules while keeping a unique circuit of the working fluid.

Les combustibles nécessaires à la réalisation de la source chaude peuvent être les plus variés, le moteur étant à combustion externe. Des ressources renouvelables, comme l'énergie solaire ou la géothermie, peuvent fournir les calories nécessaires au fluide moteur pour atteindre les hautes températures de travail (environ 60° C). La figures 2 des dessins annexés représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention, qui permettra de mieux comprendre son fonctionnement. Dans ce mode de réalisation, le moteur thermique est constitué d'un cylindre et de deux concentrateurs ayant chacun un volume trois fois supérieur à celui du cylindre. Les composants principaux du moteur thermique dans ce mode de réalisation sont: une source de fluide à haute température (1); une source de fluide à basse température (2); un réservoir-échangeur (3) pour le fluide moteur; un cylindre-échangeur à simple effet (4) muni de son piston (5); un concentrateur-échangeur « A » (6) de CO2, mis en communication avec le réservoir par l'électrovanne (21), avec le cylindre par l'électrovanne (23) et avec le gaz-cooler par l'électrovanne (22); un concentrateur-échangeur « B » (7) de CO2, mis en communication avec le réservoir par l'électrovanne (25), avec le cylindre par l'électrovanne (26) et avec le gaz-cooler par l'électrovanne (27) ; un gaz-cooler (8); un circuit (9) permettant de faire circuler le fluide provenant de la source à basse température dans l'échangeur du réservoir et dans le gaz-cooler; un circuit (11) permettant de faire circuler le fluide provenant de la source à haute température dans l'échangeur du cylindre; un système constitué des circuits (10) et (12) et des électrovannes (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19) et (20) destiné à faire circuler les fluides en provenance des sources à basse et à haute température alternativement dans les échangeurs des concentrateurs; une isolation thermique autour de tous les composants du moteur; trois vannes de sécurité (34, 35 et 37) et trois manomètres (32, 33 et 36); un dispositif (28) destiné à fournir du travail mécanique à la machine dans la phase de compression du CO2; un dispositif (29) pour l'utilisation du travail produit; un dispositif (30) pour le stockage de l'énergie mécanique produite: un alternateur (31) pour la production d'énergie électrique. Maintenant nous allons analyser le fonctionnement de la machine selon ce mode de réalisation et avec les conditions suivantes, qui ne sont pas limitatives: - le volume de chaque concentrateur-échangeur est de trois fois le volume du cylindre; - le volume du réservoir-échangeur est de cinq fois le volume du concentrateur; - le dispositif qui fourni du travail à la machine est un moteur électrique; la température du fluide à basse température (B.T.) doit permettre d'avoir le CO2 dans les échangeurs à la température de 20° C; - la température du fluide à haute température (H.T.) doit permettre d'avoir le CO2 dans les échangeurs à la température de 50°C; - la transformation du mouvement rectiligne du piston en mouvement circulaire est réalisée par une crémaillère; - le stockage de l'énergie mécanique est réalisé par un volant libre tournant dans un seul sens; - un système de contrôle électronique gère toutes les commandes. The fuels needed to produce the hot source can be the most varied, the engine being external combustion. Renewable resources, such as solar or geothermal energy, can provide the calories needed for the working fluid to reach high working temperatures (around 60 ° C). Figure 2 of the accompanying drawings shows a second embodiment of the present invention, which will better understand its operation. In this embodiment, the heat engine consists of a cylinder and two concentrators each having a volume three times greater than that of the cylinder. The main components of the engine in this embodiment are: a source of high temperature fluid (1); a source of low temperature fluid (2); a reservoir-exchanger (3) for the driving fluid; a single-acting exchange cylinder (4) with its piston (5); a concentrator-exchanger "A" (6) of CO2, placed in communication with the tank by the solenoid valve (21), with the cylinder by the solenoid valve (23) and with the gas-cooler by the solenoid valve (22) ; a concentrator-exchanger "B" (7) of CO2, placed in communication with the tank by the solenoid valve (25), with the cylinder by the solenoid valve (26) and with the gas-cooler by the solenoid valve (27) ; a gas-cooler (8); a circuit (9) for circulating fluid from the low temperature source in the tank heat exchanger and the gas cooler; a circuit (11) for circulating the fluid from the high temperature source into the cylinder heat exchanger; a system consisting of circuits (10) and (12) and solenoid valves (13), (14), (15), (16), (17), (18), (19) and (20) for circulating fluids from low and high temperature sources alternately in the concentrator exchangers; thermal insulation around all engine components; three safety valves (34, 35 and 37) and three pressure gauges (32, 33 and 36); a device (28) for providing mechanical work to the machine in the CO2 compression phase; a device (29) for using the produced work; a device (30) for storing the mechanical energy produced: an alternator (31) for the production of electrical energy. Now we will analyze the operation of the machine according to this embodiment and with the following conditions, which are not limiting: the volume of each concentrator-exchanger is three times the volume of the cylinder; the volume of the exchanger tank is five times the volume of the concentrator; - the device that provides work to the machine is an electric motor; the temperature of the fluid at low temperature (B.T.) must allow to have the CO2 in the exchangers at the temperature of 20 ° C; the temperature of the fluid at high temperature (H.T.) must make it possible to have the CO2 in the exchangers at the temperature of 50 ° C .; - Transformation of the rectilinear motion of the piston in circular motion is performed by a rack; - The storage of mechanical energy is achieved by a free wheel rotating in one direction; - an electronic control system manages all orders.

Dans ces conditions, on peut avoir deux cycles d'expansion du moteur pour chaque recharge en CO2 liquide d'un concentrateur La figure 2 représente le schéma de ce mode de réalisation de la machine. Le CO2 est tenu à 20° C dans la totalité du circuit avec une densité de 0.5g/cm3 et les électrovannes sont toutes ouvertes sauf celles du cylindre. Dans ces conditions, les concentrateurs-échangeurs contiennent du CO2 à l'état liquide. En fermant les électrovannes (21 et 22) on augmente la densité du CO2 dans le concentrateur-échangeur « A » (6), et par la circulation du fluide H.T. dans le concentrateur-échangeur on augmente la température et donc la pression du gaz. Under these conditions, one can have two cycles of expansion of the engine for each liquid CO2 refill of a concentrator. FIG. 2 represents the diagram of this embodiment of the machine. The CO2 is held at 20 ° C in the whole circuit with a density of 0.5g / cm3 and the solenoid valves are all open except those of the cylinder. Under these conditions, the concentrator-exchangers contain CO2 in the liquid state. By closing the solenoid valves (21 and 22) the density of the CO2 in the concentrator-exchanger "A" (6) is increased, and by the circulation of the H.T. fluid in the concentrator-exchanger the temperature and thus the pressure of the gas are increased.

Quand la pression arrive à la valeur établie (par exemple 180 bar), on ouvre l'électrovanne (23) et le gaz se détend dans le cylindre avec une expansion isotherme qui, par le déplacement du piston, produit du travail. À la fin de la course du piston, le centre de contrôle ferme l'électrovanne (23) et ouvre l'électrovanne (24). Le CO2 contenu dans le cylindre passe dans le réservoir-échangeur (3) en cédant ses calories au « gaz-cooler », ce qui provoque une chute de la pression dans le cylindre. Le moteur électrique (31) pousse le piston et comprime le gaz. Cette compression est à pression constante parce que le CO2 comprimé dans le réservoir-échangeur à 20° C (une température plus basse que celle de son point critique) garde sa pression constante en transformant son état gazeux en état liquide. Dans le concentrateur-échangeur « A », maintenu encore à haute température, la densité du CO2 est toujours importante et suffisante pour un nouveau cycle d'expansion du gaz dans le cylindre. À la fin de la course du piston, l'électrovanne (24) qui communique avec le gaz-cooler est fermée et l'ouverture de l' électrovanne (23) permet l'expansion du gaz dans le cylindre pour un nouveau cycle identique au précédent. La fin du déplacement du piston en phase de compression termine ce deuxième cycle. L'électrovanne (24) est fermée et les électrovannes (21 et 22) sont ouvertes. Le fluide B.T. refroidit le concentrateuréchangeur « A » et commence une nouvelle recharge de ce concentrateur « A » en CO2 liquide. Un nouveau double cycle recommence mais cette fois c'est le concentrateur-échangeur « B » (7) qui est utilisé pendant que le concentrateur (6) se remplit de CO2 à l'état liquide. L'utilisation de deux concentrateurs-échangeurs et la capacité de chaque concentrateur de pouvoir effectuer deux cycles d'expansion du gaz permettent de réduire l'intervalle entre les cycles. Le mouvement linéaire du piston est transformé en mouvement circulaire et l'énergie mécanique est stockée dans le volant (30). Pour produire de l'énergie électrique, le volant doit entraîner un alternateur (31). When the pressure reaches the established value (for example 180 bar), the solenoid valve (23) is opened and the gas expands in the cylinder with an isothermal expansion which, by the displacement of the piston, produces work. At the end of the piston stroke, the control center closes the solenoid valve (23) and opens the solenoid valve (24). The CO2 contained in the cylinder passes into the exchanger tank (3) by giving up its calories to the "gas-cooler", which causes a drop in the pressure in the cylinder. The electric motor (31) pushes the piston and compresses the gas. This compression is at constant pressure because the CO2 compressed in the exchanger-tank at 20 ° C (a temperature lower than that of its critical point) keeps its constant pressure by transforming its gaseous state into a liquid state. In the concentrator-exchanger "A", still maintained at high temperature, the CO2 density is still large and sufficient for a new gas expansion cycle in the cylinder. At the end of the piston stroke, the solenoid valve (24) which communicates with the gas-cooler is closed and the opening of the solenoid valve (23) allows the expansion of the gas in the cylinder for a new cycle identical to the previous. The end of the displacement of the piston in compression phase ends this second cycle. The solenoid valve (24) is closed and the solenoid valves (21 and 22) are open. B.T. fluid cools exchanger concentrator "A" and begins a new refill of this concentrator "A" in liquid CO2. A new double cycle starts again but this time it is the concentrator-exchanger "B" (7) which is used while the concentrator (6) fills with CO2 in the liquid state. The use of two concentrator-exchangers and the ability of each concentrator to be able to carry out two gas expansion cycles makes it possible to reduce the interval between the cycles. The linear movement of the piston is transformed into circular motion and the mechanical energy is stored in the steering wheel (30). To produce electrical energy, the steering wheel must drive an alternator (31).

Les modes de réalisation présentés ne sont pas limitatifs. Sans sortir du cadre de l'invention, de nombreuses variantes technologiques sont possibles, notamment dans les choix des matériaux les plus adaptés à chaque usage. The embodiments presented are not limiting. Without departing from the scope of the invention, many technological variants are possible, especially in the choice of the most suitable materials for each use.

Claims

CLAIMS1) External combustion engine with variable densities of the driving fluid characterized in that it comprises: one or more cylinders (4) provided with a piston (5); a closed circuit containing the driving fluid; a hot source (1); a cold source (2); a system for conserving mechanical energy (30) produced by the engine.

2) external combustion engine with variable densities of the driving fluid according to claim 1 characterized in that it uses carbon dioxide as the driving fluid in its liquid and gaseous phases.

3) external combustion engine with variable densities of the driving fluid according to claim 1 or claim 2 characterized in that the circuit containing the constant density motor fluid can be divided, in each cycle, into several parts at different densities by a compartmentalisation system, which does not require the use of additional external energy.

4) heat engine with external combustion and variable densities of the driving fluid according to any one of claims 1 to 3 characterized in that the variations in the concentration of the driving fluid are obtained by the effect of changes in state of the fluid and compartmentalization of the circuit.

5) heat engine with external combustion and variable densities of the driving fluid according to any one of claims 1 to 4 characterized in that the closed circuit containing the driving fluid is composed of: - a reservoir-exchanger (3) consisting of a tank provided with a heat exchanger and containing the largest portion of the driving fluid, which is always maintained at low temperature by the fluid from the cold source and circulating in the exchanger of the tank. - a concentrator-exchanger (6) consisting of a second tank provided with a heat exchanger in communication with the cold source (2) or with the hot source (1), placed between the bottom of the reservoir-exchanger ( 3) and the cylinder (4), able to contain very high density motor fluid. - A gas-cooler (8) consisting of a heat exchanger in which the fluid flows from the source at low temperature and placed between the cylinder (4) and the exchanger-tank (3) adapted to cool the driving fluid from of the cylinder.

6) heat engine with external combustion and variable densities of the driving fluid according to any one of claims 1 to 5 characterized in that the thermodynamic cycle of the thermal machine is constituted of two autonomous phases and which can have different speeds: a phase constant-temperature expansion in the cylinder (4) of the very high-density engine fluid which produces mechanical work and a phase of compression of the working fluid in the exchanger-tank (3) by providing mechanical work.

7) External combustion engine with variable densities of the working fluid according to any one of claims 1 to 6 characterized in that the mechanical energy produced is stored in any accumulation system (30) driving an alternator (31). ) for a production of electrical energy.