FR3020729A1 - Dispositif thermogravitationnel de generation d'electricite - Google Patents

Abstract

L'objet de l'invention est dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité. Ce dispositif (10) thermo-gravitationnel comprend au moins un générateur électrique (12), et un volume (VT) d'un fluide de transport (LT) et au moins un élément mobile (18) plongé dans ce fluide de transport (LT). Le volume (VT) de fluide de transport (LT) s'étend entre un point bas (PB) et un point haut (PH) et est contenu dans un réservoir (20), le fluide de transport (LT) étant soumis à un gradient de température négatif entre le point bas (PB) et le point haut (PH). Et, chaque élément mobile (18) comprend un corps (24) formant un réceptacle (26) offrant un volume de réception (VR) d'une quantité utile d'un fluide de travail (FW). Selon l'invention, le dispositif (10) thermo-gravitationnel se caractérise en ce que chaque dipôle magnétique (16) est directement fixé à un élément mobile (18) ou constitué par un élément mobile (18) de manière à former un dipôle magnétique mobile (28), et en ce que chaque générateur électrique (12) est un générateur électrique linéaire, au moins un enroulement (14) d'un générateur électrique (12) linéaire s'étendant entre le point bas (PB) et le point haut (PH) du volume (VT) de fluide de transport (LT).

Description

DISPOSITIF THERMOGRAVITATIONNEL DE GENERATION D'ELECTRICITE La présente invention est relative à la génération d'énergie électrique à partir d'énergie thermique. Plus précisément, l'invention vise à générer une énergie électrique dite propre, c'est-à-dire dont la génération n'entraine pas la production de déchets ou de pollution.

En outre, l'invention s'intéresse principalement à la production d'énergie électrique à partir d'une énergie thermique renouvelable ou d'une énergie thermique fatale. Toutefois, et dans la mesure où il offre un rendement supérieur aux moyens existants, le dispositif selon la présente invention pourra aussi être utilisé pour convertir en énergie électrique une énergie thermique issue de la transformation des énergies fossiles.

Par renouvelable, l'invention entend une source d'énergie thermique qui se reconstitue naturellement malgré son utilisation par l'homme, comme par exemple l'énergie solaire ou l'énergie géothermique. Et, par énergie thermique fatale, l'invention entend la part inutilisée et donc perdue de l'énergie thermique générée en vue du fonctionnement d'un dispositif industriel ou de la mise en oeuvre d'un procédé industriel. Par exemple, il existe de nombreux procédés industriels utilisant la chaleur pour transformer une matière première en un produit fini ou semi-fini, et dans lesquels seulement une partie de l'énergie thermique générée est utilisée pour transformer la matière première. La partie restante de l'énergie thermique générée est absorbée par différents éléments structurels en contact avec les produits transformés, et dissipée dans l'air environnant ces éléments sans qu'elle soit récupérée. Aussi, jusqu'à aujourd'hui, différents dispositifs de génération d'électricité ont été développés, ou simplement décrits dans des publications scientifiques, afin de convertir de manière propre les énergies thermiques renouvelables en énergie électrique, ou en vue de récupérer les énergies thermiques fatales d'origine industrielle, ou d'autres origines, pour les convertir de manière propre en énergie électrique.

Parmi ces différents dispositifs de génération d'électricité, certains intègrent des machines thermiques fonctionnant à partir des changements de phase d'un fluide de travail circulant entre une source chaude et une source froide et utilisant les forces de flottabilité pour transformer une énergie thermique en un mouvement qui est ensuite transformé en énergie électrique. Un tel dispositif de génération d'électricité est décrit dans un document publié en 2010 sous le titre « Buoyancy Organic Rankine Cycle » et ayant pour auteurs J. Schoenmaker, J.F.Q. Rey et K.R. Pirota. Comme l'illustre la figure 1 de ce document de l'art antérieur, le dispositif de génération d'électricité comprend un grand réservoir contenant un liquide de transport, à savoir de l'eau, et plusieurs coupelles montées sur une courroie de convoyage à l'intérieur de ce grand réservoir. Ensuite, le dispositif générateur comprend aussi un petit réservoir situé en partie basse du grand réservoir, et au sein duquel un fluide de travail tel qu'un solvant est vaporisé à partir d'une énergie thermique d'origine solaire ou géothermique, puis relâché dans le grand réservoir par le biais d'une vanne commandée. Plus en détails, la courroie de convoyage étant montée entre deux poulies haute et basse dans le grand réservoir, les coupelles sont montées sur la courroie de manière à capturer le fluide de travail vaporisé et relâché dans le grand réservoir lorsqu'elles passent au-dessus de la vanne commandée. Ainsi, et comme la densité du fluide de travail sous forme de vapeur est inférieure à la densité du liquide de transport, les coupelles remplies de fluide de travail vaporisé sont naturellement entrainées par l'effet des forces de flottabilité de la partie basse vers la partie haute du grand réservoir, et elles entrainent à leur tour la courroie et les poulies haute et basse dans un mouvement de rotation qui est utilisé pour produire de l'énergie électrique, par exemple avec un générateur électrique prenant la forme d'une machine tournante dont l'axe est relié à l'une des poulies. Parallèlement, et afin de ramener le fluide de travail dans sa phase liquide après qu'il a été relâché par le renversement de la coupelle qui le contenait en partie haute du grand réservoir, il est prévu un condenseur monté entre la partie haute du grand réservoir et le petit réservoir, une pompe étant en outre prévue de manière à refouler le fluide de travail liquéfié par le condenseur vers le petit réservoir.

Bien que permettant de générer de manière propre une énergie électrique à partir d'une source chaude dont la température est inférieure à 100°C, le dispositif de génération d'électricité présenté dans cette publication de l'art antérieur présente quelques inconvénients.

Tout d'abord, afin de pouvoir fonctionner en circuit fermé, ce dispositif de génération d'électricité nécessite l'utilisation d'un condenseur pour ramener le fluide de travail vaporisé à l'état liquide, puis d'une pompe pour réguler la quantité de fluide de travail liquide refoulé dans le petit réservoir, et d'une valve pour réguler l'injection de fluide de travail vaporisé dans le petit réservoir dans le liquide de transport du grand réservoir.

Or, pour fonctionner, ces équipements ont besoin d'une énergie extérieure qui est le plus souvent de l'énergie électrique. Donc, dans ce dispositif de génération d'électricité de l'art antérieur, seul le fluide de travail à l'état de vapeur est utile à la génération d'électricité en permettant l'ascension des coupelles, et la présence des équipements précités, comme celle d'un évaporateur dans d'autres dispositifs de génération d'électricité, pénalise le rendement énergétique global du dispositif de génération d'électricité. Pour les différentes raisons précitées, le dispositif de génération d'électricité présenté dans cette publication de l'art antérieur n'offre pas une conception optimale. Aussi, la présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité. Ce dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité comprend au moins un générateur électrique, chaque générateur électrique comprenant au moins un enroulement et au moins un dipôle magnétique mis en mouvement par rapport à cet enroulement, et chaque enroulement permettant de générer une tension électrique à partir du mouvement d'un dipôle magnétique par rapport à cet enroulement. Le dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité comprend en outre un volume d'un fluide de transport et au moins un élément mobile plongé dans ce fluide de transport, le volume de fluide de transport étant contenu dans un réservoir et s'étendant entre un point bas et un point haut, le point haut se situant au-dessus du point bas dans le volume de fluide de transport, le fluide de transport étant soumis à un gradient de température négatif entre le point bas et le point haut, et le fluide de transport ayant une température chaude au point bas supérieure à la température froide de ce fluide de transport au point haut. Et, chaque élément mobile comprend un corps formant un réceptacle offrant un volume de réception d'une quantité utile d'un fluide de travail.

Selon l'invention, le dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité se caractérise en ce que chaque dipôle magnétique est directement fixé à un élément mobile ou constitué par un élément mobile de manière à former un dipôle magnétique mobile, et en ce que le générateur électrique est un générateur électrique linéaire, au moins un enroulement d'un générateur électrique linéaire s'étendant entre le point bas et le point haut du volume de fluide de transport, et chaque dipôle magnétique mobile effectuant un mouvement alternatif dans le volume de fluide de transport entre le point bas et le point haut du volume de fluide de transport sous l'effet des changements de densité du fluide de travail qui se produisent lorsque ce fluide de travail est alternativement soumis à la température chaude du fluide de transport et à la température froide du fluide de transport.

Grâce à la combinaison de la conception linéaire du générateur électrique et du dipôle magnétique mobile regroupant le dipôle magnétique et l'élément mobile nécessaire à la mise en mouvement de ce dipôle magnétique, chaque dipôle magnétique mobile permet de générer une force électromotrice lorsqu'il monte du point bas vers le point haut du volume de fluide de transport et lorsqu'il descend du point haut vers le point bas du volume de fluide de transport. Dans la présente invention, une même quantité utile de fluide de travail demeurant à l'intérieur du réceptacle de chaque dispositif magnétique mobile permet d'entrainer ce dispositif magnétique mobile à la fois en montée et en descente dans le réservoir de fluide de transport.

Aussi, le corps formant le réceptacle de fluide de travail offre une conception fermée ou semi-fermée permettant de conserver la quantité utile de fluide de travail à l'intérieur du réceptacle lors des changements de densité du fluide de travail entraînant des mouvements ascendant et descendant du dispositif magnétique mobile dans le volume de fluide de transport.

Cette conception du corps garantit un fonctionnement fiable, régulier et durable du générateur électrique car une même quantité utile de fluide de travail est maintenue dans le réceptacle de chaque dipôle magnétique mobile lors de chaque cycle de génération d'énergie électrique, c'est-à-dire lors de chaque mouvement ascendant et descendant du dispositif magnétique mobile dans le volume de fluide de transport. De plus, grâce à cette conception du corps et à l'utilisation d'un fluide de travail approprié, le dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité offre un fonctionnement en cycle fermé sans aucun équipement extérieur susceptible de consommer de l'énergie électrique, comme par exemple un condenseur ou une pompe. En vue d'obtenir la conception précitée, et dans une première variante de réalisation de l'élément mobile, le réceptacle est fermé, et le corps est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps de se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail dans le réceptacle et de façon que le volume de réception du réceptacle s'adapte, à la hausse et à la baisse, aux différents volumes pris par le fluide de travail lorsqu'il change de densité. En vue de garantir une amplitude maximale des mouvements d'ascension et de descente successifs du dipôle magnétique mobile, l'invention prévoit de limiter la déformation maximale du corps dans cette première variante deformable de l'élément mobile. Cette limitation des déformations peut être obtenue en fabricant le corps dans un matériau et une épaisseur adaptés, ou en équipant le corps d'un élément extérieur comme une membrane ou une armature. Dans une seconde variante de réalisation de l'élément mobile, le réceptacle est ouvert, et le corps est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps de ne pas se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail. Dans cette seconde variante, le volume de réception du réceptacle reste constant lors des changements de densité du fluide de travail, et seul le volume occupé par le fluide de travail dans le réceptacle change.

Toujours dans cette seconde variante, le réceptacle prend la forme d'un évidement prévu dans le corps et débouchant par une ouverture prévue en partie inférieure de ce corps, le volume de réception offert par l'évidement étant supérieur ou égal au volume maximal occupé par le fluide de travail lorsque sa densité est minimale. En complément, un piston peut être monté dans l'évidement de façon à isoler le fluide de travail du fluide de transport, ce piston étant monté coulissant de manière à permettre au volume de réception du réceptacle de s'adapter aux changements de volume du fluide de travail lorsqu'il change de densité.

Concernant la conception du dipôle magnétique, l'invention prévoit aussi deux variantes. Dans une première variante, le dipôle magnétique d'un dipôle magnétique mobile prend la forme d'un aimant permanent distinct du corps formant le réceptacle de ce dipôle magnétique mobile et solidarisé à ce corps.

Dans une seconde variante, le corps formant le réceptacle d'un dipôle magnétique mobile est réalisé dans un matériau magnétique, ce corps magnétique formant à la fois l'élément mobile et le dipôle magnétique de ce dipôle magnétique mobile. De manière générale et de préférence, dans le dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, chaque dipôle magnétique mobile se déplace indépendamment et librement dans le volume de fluide de transport, ceci afin d'éviter tout frottement ou tout autre phénomène susceptible de ralentir un dipôle magnétique mobile dans ses mouvements ascendant et descendant. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, le fluide de transport est de l'eau tandis que le fluide de travail est un fluide organique et fluoré en partie ou en totalité, et dont la température d'ébullition est de préférence inférieure à 100°C à la pression hydrostatique du fluide de transport au point bas de son volume. En effet, un objectif de la présente invention est de générer une énergie électrique à partir d'une source chaude dont la température est inférieure à 250°C, et de préférence inférieure à 100°C. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, intercalé entre une source chaude et une source froide, avec la première variante de l'élément mobile, la première variante du dipôle magnétique et la première variante du réservoir de fluide de transport selon l'invention, la figure 2 est une représentation schématique d'un dipôle magnétique mobile d'un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, avec un élément extérieur limitant la déformation maximale du corps et avec la première variante de l'élément mobile et la première variante du dipôle magnétique selon l'invention, la figure 3 est une représentation schématique d'un dipôle magnétique mobile d'un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, avec la seconde variante de l'élément mobile et la seconde variante du dipôle magnétique selon l'invention, la figure 4 est une représentation schématique d'un dipôle magnétique mobile d'un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, avec un piston isolant le fluide de travail du fluide de transport, et avec la seconde variante de l'élément mobile et la première variante du dipôle magnétique selon l'invention, et la figure 5 est une représentation schématique d'un dispositif thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'invention, avec une seconde variante du réservoir de fluide de transport selon l'invention.

Comme l'illustre la figure 1, la présente invention est relative à un dispositif 10 thermo- gravitationnel de génération d'électricité, la flèche U1 représentant la tension, ou plus précisément la force électromotrice, générée par le dispositif 10 thermo-gravitationnel selon l'invention. Comme tout dispositif de génération d'électricité, le dispositif 10 thermo-gravitationnel de génération d'électricité comprend au moins un générateur électrique 12. Ce générateur électrique 12 permet de convertir un mouvement mécanique en énergie électrique. A cet effet, chaque générateur électrique 12 du dispositif 10 thermo-gravitationnel comprend au moins un enroulement 14 et au moins un dipôle magnétique 16 mis en mouvement par rapport à cet enroulement 14, chaque enroulement 14 permettant de générer une tension électrique U1 à partir du mouvement d'un dipôle magnétique 16 par rapport à cet enroulement 14. En vue de mettre au moins un dipôle magnétique 16 en mouvement par rapport à un enroulement 14 afin de générer une tension électrique U1, le dispositif 10 thermo- gravitationnel comprend un volume VT d'un fluide de transport LT et au moins un élément mobile 18 plongé dans ce fluide de transport LT.

Plus en détails, ce volume VT de fluide de transport LT s'étend entre un point bas PB et un point haut PH, le point haut PH se situant au-dessus du point bas PB dans le volume VT de fluide de transport LT. Comme indiqué précédemment, l'invention s'intéresse à la production d'énergie électrique à partir d'une énergie thermique renouvelable ou d'une énergie thermique fatale. Aussi, dans le cadre de la mise en oeuvre de la présente invention, cette énergie thermique renouvelable ou cette énergie thermique fatale est utilisée comme une source chaude Sc permettant de chauffer le fluide de transport LT au moins au point bas PB. Parallèlement, il est aussi prévu une source froide SE permettant de refroidir le fluide de transport LT au moins au point haut PH. De cette manière, le fluide de transport LT est soumis à un gradient de température négatif entre le point bas PB et le point haut PH, ce fluide de transport LT ayant une température chaude Tc au point bas PB supérieure à la température froide TE de ce fluide de transport LT au point haut PH.

Le volume VT de fluide de transport LT étant contenu dans un réservoir 20, chaque enroulement 14 de chaque générateur électrique 12 se situe de préférence à l'extérieur E du réservoir 20 contenant le volume VT de fluide de transport LT. Ce positionnement extérieur de chaque enroulement 14 à l'extérieur E du réservoir 20 est préféré car il permet de faciliter la fabrication du dispositif 10 thermo-gravitationnel.

Toutefois, en variante, il est aussi possible de prévoir au moins un enroulement 14 d'un générateur électrique 12 dans le réservoir 20, comme l'illustre la figure 2. Dans cette variante, et dans le cas où le fluide de transport LT est électriquement conducteur, le fil 58 conducteur utilisé pour réaliser l'enroulement 14 immergé doit être isolé électriquement du fluide de transport LT, par exemple à l'aide d'une gaine.

En vue de sa mise en mouvement dans le volume VT de fluide de transport LT, chaque élément mobile 18 comprend un corps 24 formant un réceptacle 26 offrant un volume de réception VR d'une quantité utile d'un fluide de travail Fw. Selon une première caractéristique importante de la présente invention, chaque dipôle magnétique 16 est directement fixé à un élément mobile 18 de manière à former un dipôle magnétique mobile 28, comme l'illustrent les figures 1, 2, 4 et 5. En alternative, chaque dipôle magnétique 16 est constitué par un élément mobile 18 de manière à former un dipôle magnétique mobile 28, comme l'illustre la figure 3.

Ainsi, dans l'une ou l'autre de ces alternatives, chaque élément mobile 18 permet de mettre directement en mouvement un dipôle magnétique 16 par rapport à un enroulement 14. Dans ces deux alternatives, chaque dipôle magnétique 16 est aussi plongé dans le volume VT de fluide de transport LT et se déplace dans ce volume VT de fluide de transport LT avec l'élément mobile 18 auquel il est associé. Grâce à cette association en immersion dans le volume VT de fluide de transport LT de chaque dipôle magnétique 16 avec un élément mobile 18, il n'est pas nécessaire de prévoir un mécanisme de guidage en mouvement de chaque dipôle magnétique 16 dans le volume VT de fluide de transport LT et par rapport à un enroulement 14 d'un générateur électrique 12, un tel mécanisme étant susceptible d'abaisser le rendement d'un générateur électrique 12 et donc du dispositif 10 thermo-gravitationnel. Avantageusement, la simple forme du réservoir 20, de préférence cylindrique ou torique, permet de guider chaque dipôle magnétique mobile 28 en mouvement dans le volume VT de fluide de transport LT.

Toutefois, la présente invention couvre aussi des modes de réalisation du dispositif 10 thermo-gravitationnel dans lesquels chaque dipôle magnétique 16, et donc chaque dipôle magnétique mobile 28, est guidé en mouvement dans le volume VT de fluide de transport LT par un quelconque mécanisme ou par tous moyens de guidage appropriés. Selon la présente invention, chaque générateur électrique 12 est un générateur électrique de type linéaire. La conception entièrement immergée d'un dipôle magnétique mobile 28 selon l'invention est rendue possible par cette conception linéaire de chaque générateur électrique 12. En vue de la génération d'une force électromotrice U1 à partir des mouvements de chaque dipôle magnétique mobile 28 dans le volume VT de fluide de transport LT, au moins un enroulement 14 d'un générateur électrique 12 linéaire s'étend entre le point bas PB et le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT. Par s'étend entre le point bas PB et le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT, l'invention entend qu'un enroulement 14 s'étend dans tout ou partie de la hauteur H20 du réservoir 20.

Lors de la mise en oeuvre d'un dispositif 10 thermo-gravitationnel, chaque dipôle magnétique mobile 28 effectue un mouvement alternatif MALT dans le volume VT de fluide de transport LT entre le point bas PB et le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT sous l'effet des changements de densité du fluide de travail Fw qui se produisent lorsque ce fluide de travail Fw est alternativement soumis à la température chaude Tc du fluide de transport LT et à la température froide TE du fluide de transport LT. Plus en détails dans la mise en oeuvre d'un dispositif 10 thermo-gravitationnel selon l'invention, le fluide de travail Fw et la quantité utile de ce fluide de travail Fw sont choisis de façon que, lorsque ce fluide de travail Fw est soumis à la température chaude Tc du fluide de transport LT et à la pression hydrostatique du fluide de transport LT au point bas PB de son volume VT, la densité de ce fluide de travail Fw chute au-dessous d'un seuil bas SB tel que la densité effective du dipôle magnétique mobile 28 devienne inférieure à la densité du fluide de transport LT. Par densité effective, on entend la somme des masses des différents éléments formant le dipôle magnétique mobile 28, à savoir au moins le dipôle magnétique 16, le corps 24 formant le réceptacle 26, et le fluide de travail Fw, rapportée à la sommes des volumes de ces différents éléments.

Ainsi, lorsque la densité du fluide de travail Fw chute en-dessous du seuil bas SB, la poussée d'Archimède s'exerçant sur le dipôle magnétique mobile 28 devient supérieure, en valeur absolue, à la somme des forces dues au poids du dipôle magnétique mobile 28 et aux frottements visqueux subis par le dipôle magnétique mobile 28 lorsqu'il se déplace dans le fluide de transport LT, ce qui provoque un mouvement ascendant MA du dipôle magnétique mobile 28 du point bas PB vers le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT. Parallèlement, le fluide de travail Fw et la quantité utile de ce fluide de travail Fw sont aussi choisis de façon que, lorsque ce fluide de travail Fw est soumis à la température froide TE du fluide de transport LT et à la pression hydrostatique du fluide de transport LT au point haut PH de son volume VT, la densité de ce fluide de travail Fw augmente au-dessus d'un seuil haut SH tel que la densité effective du dipôle magnétique mobile 28 devienne supérieure à la densité du fluide de transport LT. Ainsi, lorsque la densité du fluide de travail Fw augmente au-dessus du seuil haut SH, la poussée d'Archimède s'exerçant sur le dipôle magnétique mobile 28 devient inférieure, en valeur absolue, à la somme des forces dues au poids du dipôle magnétique mobile 28 et aux frottements visqueux subis par le dipôle magnétique mobile 28 lorsqu'il se déplace dans le fluide de transport LT, ce qui provoque un mouvement descendant MD du dipôle magnétique mobile 28 du point haut PH vers le point bas PB du volume VT de fluide de transport LT.

Au final, lors de chaque mouvement ascendant MA et descendant MD de l'élément magnétique mobile 28, le déplacement du dipôle magnétique 16 par rapport à un enroulement 14 d'un générateur électrique 12 produit une force électromotrice U1 qui peut être utilisée pour alimenter directement un autre dispositif en énergie électrique ou pour recharger un accumulateur d'énergie électrique. Afin de conserver la quantité utile de fluide de travail Fw à l'intérieur du réceptacle 26 lors des changements de densité du fluide de travail Fw entraînant des mouvements ascendant MA et descendant MD du dispositif magnétique mobile 28 dans le volume VT de fluide de transport LT, le corps 24 formant le réceptacle 26 de fluide de travail Fw offre une conception fermée, comme l'illustrent les figures 1, 2, 4 et 5, ou semi-fermée, comme le montre la figure 3. Ainsi, la même quantité utile de fluide de travail Fw est toujours présente à l'intérieur du réceptacle 26 de chaque dispositif magnétique mobile 28, ce qui garantit un fonctionnement fiable et régulier du générateur de chaque générateur électrique 12 et donc du dispositif 10 thermo-gravitationnel, même après un grand nombre de cycles de génération d'énergie électrique. Par cycle de génération d'énergie électrique, l'invention entend chaque mouvement alternatif MALT comprenant un mouvement ascendant MA suivi d'un mouvement descendant MD d'un dispositif magnétique mobile 28 dans le volume VT de fluide de transport LT.

De plus, la conception fermée ou semi-fermée du corps 24 permet d'éviter d'avoir recours à différents équipements extérieurs utilisés par exemple pour introduire la quantité utile de fluide de travail Fw dans le réceptacle 26 lorsque le dispositif magnétique mobile 28 est au point bas, pour extraire cette quantité utile de fluide de travail Fw du réceptacle 26 lorsque le dispositif magnétique mobile 28 est au point haut, et pour ramener le fluide de travail Fw ainsi extrait du point haut PH au point bas PB tout en raugmentant sa densité. Donc, cette conception fermée ou semi-fermée du corps 24 permet au dispositif 10 thermogravitationnel d'avoir un fonctionnement autonome en cycle fermé, ce qui améliore son rendement en comparaison des dispositifs de l'art antérieur non-autonomes. En vue d'obtenir cette conception du corps 24 particulière à l'invention, et dans une première variante de l'élément mobile 18, le réceptacle 26 est fermé, et le corps 24 est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps 24 de se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail Fw dans le réceptacle 26 et de façon que le volume de réception VR du réceptacle 26 s'adapte, à la hausse et à la baisse, aux différents volumes pris par le fluide de travail Fw lorsqu'il change de densité. De préférence, le matériau et l'épaisseur du corps 24 sont choisis de façon que les déformations du corps 24, tant positives que négatives, restent dans le domaine élastique de son matériau. Ainsi, le corps 24 s'étire et se rétracte autour du fluide de travail Fw lorsque ce dernier change de densité et donc de volume. De plus, on évite, lors d'une baisse de densité du fluide de travail Fw, que les forces de pression liées à l'expansion du volume du fluide de travail Fw à l'intérieur du réceptacle 26 n'entrainent une déformation irréversible du matériau du corps 24. Alternativement, le corps 24 peut aussi se déformer de manière non élastique autour du fluide de travail Fw, c'est-à-dire en se repliant sur lui-même lorsque la densité du fluide de travail Fw augmente et en se redéployant lorsque la densité du fluide de travail Fw diminue. Dans cette première variante déformable de l'élément mobile 18, l'invention prévoit de limiter la déformation maximale du corps 24 lorsque ce corps 24 subit les forces de pression liées à une baisse de la densité et à une augmentation du volume du fluide de travail Fw dans le volume de réception VR du réceptacle 26. Selon un premier moyen, la déformation maximale du corps 24 est limitée par le matériau lui-même : l'épaisseur et donc la rigidité de ce matériau étant dimensionnées en fonction des forces de pression maximales pouvant être appliquées par le fluide de travail Fw lorsque sa densité est minimale. Selon ce premier moyen, ce sont les propriétés mécaniques du corps 24, comme sa résistance mécanique, qui s'opposent à une déformation trop importante du corps 24 et par exemple à un étirement du matériau allant au-delà de son domaine élastique.

Selon un autre moyen utilisé pour limiter la déformation maximale du corps 24, le corps 24 déformable est équipé d'un élément extérieur 30 limitant son expansion et l'augmentation du volume de réception VR du réceptacle 26 lors de chaque baisse de densité du fluide de travail F. Cet élément extérieur 30 peut prendre diverses formes.

Dans l'exemple représenté en figure 2, cet élément extérieur 30 prend la forme d'une armature formant un maillage autour du corps 24.

Alternativement, cet élément extérieur 30 peut aussi prendre la forme d'un autre corps enveloppant le corps 24, d'éléments collés sur le corps 24, ou d'un revêtement appliqué sur le corps 24. Enfin, cet élément extérieur 30 peut aussi être intégré dans la structure même du corps 24 lorsque ce corps 24 offre une structure composite constituée d'une matrice déformable et de renforts plus rigides. Qu'elle découle de ses propriétés mécaniques ou d'un élément extérieur 30, la limitation de la déformation maximale du corps 24 apporte aussi un avantage relatif au bon fonctionnement du dispositif 10 thermo-gravitationnel.

En effet, en limitant l'expansion du volume occupé par le fluide de travail Fw à l'intérieur du réceptacle 26, le fluide de travail Fw est mis en surpression à l'intérieur du réceptacle 26. Cette mise en surpression permet d'éviter que la densité du fluide de travail Fw ne raugmente avant que le dispositif magnétique mobile 28 n'ait atteint le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT, et donc de garantir une amplitude maximale du mouvement ascendant MA d'un dispositif magnétique mobile 28 lors de chaque cycle de génération d'énergie électrique. Dans cette première variante déformable de l'élément mobile 18, le corps 24 prend de préférence la forme d'un contenant sphérique en matériau polymère réticulé, de préférence un élastomère, avec une paroi d'environ 0,1 millimètre d'épaisseur, le matériau polymère étant choisi de manière à permettre à ce contenant de se déformer élastiquement autour du fluide de travail Fw, à la manière d'un ballon gonflable. Toujours de préférence, le matériau polymère de ce contenant est choisi de façon que le corps 24 soit imperméable au fluide de transport LT et plus précisément imperméable et résistant au fluide de travail Fw, qui est de préférence un fluide organique fluoré et qui peut aussi devenir gazeux lorsqu'il change de densité. Par fluide fluoré, l'invention entend un fluide semi-fluoré, c'est-à-dire fluoré en partie, ou perfluoré, c'est-à-dire fluoré en totalité. Par exemple, le matériau polymère élastomère imperméable et résistant au fluide de travail Fw est un caoutchouc nitrile employé pour la fabrication des gants jetables.

Dans cette première variante de l'élément mobile 18, la variation de la densité effective de du dispositif magnétique mobile 28 est obtenue par variation du volume de cet élément mobile 18 et donc du volume dispositif magnétique mobile 28.

Dans une seconde variante de l'élément mobile 18, et toujours en vue de conserver la quantité utile de fluide de travail FW dans le réceptacle 26, le réceptacle 26 est ouvert, et le corps 24 est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps 24 de ne pas se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail Fw, le volume de réception VR du réceptacle 26 restant constant lors des changements de densité du fluide de travail Fw, et le fluide de travail Fw changeant de volume à l'intérieur du réceptacle 26 lorsque ce fluide de travail Fw change de densité. Dans cette seconde variante de l'élément mobile 18, et comme l'illustrent les figures 3 et 4, le réceptacle 26 prend la forme d'un évidement 32 prévu dans le corps 24 et débouchant par une ouverture 34 prévue en partie inférieure 36 de ce corps 24, le volume de réception VR offert par l'évidement 32 étant supérieur ou égal au volume maximal occupé par le fluide de travail Fw lorsque sa densité est minimale. Lors de la mise en oeuvre de cette seconde variante de l'élément mobile 18, et lorsque la densité du fluide de travail Fw augmente, la partie du volume de réception VR occupée par le fluide de travail Fw dans l'évidement 32 diminue, et l'autre partie du volume de réception VR libérée par le fluide de travail Fw est progressivement remplie par le fluide de transport LT qui pénètre dans l'évidement 32 par l'ouverture 34. Ainsi, le fluide de transport LT pénétrant dans l'évidement 32 participe à l'augmentation de la masse et donc à l'augmentation de la densité effective du dipôle magnétique mobile 28 qui provoque son mouvement descendant MD dans le volume VT de fluide de transport LT. A l'inverse, lorsque la densité du fluide de travail Fw diminue, la partie du volume de réception VR occupée par le fluide de travail Fw dans l'évidement 32 augmente, et le fluide de transport LT est progressivement chassé de l'évidement 32 par l'ouverture 34. Ainsi, le fluide de transport LT quittant l'évidement 32 participe à la réduction de la masse et donc à la baisse de la densité effective du dipôle magnétique mobile 28 qui provoque son mouvement ascendant MA dans le volume VT de fluide de transport LT. En vue de la mise en oeuvre de cette seconde variante ouverte de l'élément mobile 18, le fluide de travail Fw et le fluide de transport LT sont des fluides non-miscibles entre eux, ceci afin d'éviter que le fluide de travail Fw ne s'échappe de l'évidement 32 et ne se dilue dans le volume VT de fluide de transport LT.

Toutefois, et notamment en vue de parer à une miscibilité, même très faible, de ces deux fluides, l'invention prévoit d'apporter un perfectionnement à cette seconde variante ouverte de l'élément mobile 18. Selon ce perfectionnement, un piston 38 est monté dans l'évidement 32 de manière à isoler la quantité utile de fluide de travail Fw à l'intérieur du réceptacle 26 et à séparer physiquement le fluide de travail Fw du fluide de transport LT. Ce piston 38 coulisse dans l'évidement 32 de manière à permettre au volume de réception VR du réceptacle 26 de varier en fonction des variations de volume du fluide de travail Fw lorsqu'il change de densité.

Avantageusement, une butée 40 est prévue en partie inférieure 36 du corps 24 pour arrêter le coulissement C du piston 38 et éviter qu'il ne se sépare du corps 24. La limitation de l'expansion du volume de réception VR du réceptacle 26 effectuée par la mise en butée du piston 38 apporte aussi un avantage relatif au bon fonctionnement du dispositif 10 thermo-gravitationnel.

En effet, en limitant l'expansion du volume occupé par le fluide de travail Fw à l'intérieur du réceptacle 26, le fluide de travail Fw est mis en surpression à l'intérieur du réceptacle 26. Cette mise en surpression permet d'éviter que la densité du fluide de travail Fw ne raugmente avant que le dispositif magnétique mobile 28 n'ait atteint le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT, et donc de garantir une amplitude maximale du mouvement ascendant MA d'un dispositif magnétique mobile 28 lors de chaque cycle de génération d'énergie électrique. Dans cette seconde variante de l'élément mobile 18, le corps 24 a une forme de révolution autour de l'axe central vertical A18 de l'élément mobile 18. Cette forme de révolution permet d'équilibrer les forces exercées par le fluide de transport LT sur l'élément mobile 18 et autour de l'axe central vertical A18, ce qui permet au dispositif magnétique mobile 28 d'effectuer des mouvements ascendant MA et descendant MD sensiblement droits et verticaux dans le réservoir 20. Pour préserver l'équilibre de l'élément mobile 18 et la rectitude des mouvements du dispositif magnétique mobile 28, l'évidement 32 et le piston 38 ont aussi des formes de révolution autour de l'axe central vertical A18. Dans la variante illustrée sur les figures 3 et 4, l'élément mobile 18, l'évidement 32 et le piston 38 sont cylindriques autour de l'axe central vertical A18 de l'élément mobile 18.

Toutefois, en vue de réduire les frottements visqueux subis par l'élément mobile 18 dans le fluide de transport LT lors des mouvements du dispositif magnétique mobile 28, l'élément mobile 18 peut prendre une forme hydrodynamique autour de son axe central vertical A18, comme par exemple une forme de bouée ou de cône inversé autour de son axe central A18.

Dans cette seconde variante de l'élément mobile 18, la variation de la densité effective de du dispositif magnétique mobile 28 est obtenue par variation de la masse de cet élément mobile 18 et donc de la masse du dispositif magnétique mobile 28. Cette seconde variante indéformable de l'élément mobile 18 prolonge sa durée car le matériau de fabrication de cet élément mobile 18 ne subit aucune usure due à la fatigue du matériau après de nombreux cycles de déformations. Dans les différentes variantes de réalisation de l'élément mobile 18, le corps 24 et le matériau dans lequel il est réalisé permettent de ralentir les transferts thermiques du fluide de transport LT vers le fluide de travail Fw, et inversement. Ces ralentissements des transferts thermiques, dus à la résistance thermique du matériau et fonction de l'épaisseur de ce matériau, permettent de faire en sorte que les temps d'échange thermique entre le fluide de transport LT et le fluide de travail Fw sont supérieurs aux temps mis par le dipôle magnétique mobile 28 pour effectuer un mouvement ascendant MA ou descendant MD entre les points bas PB et haut PH du volume VT de fluide de transport LT grâce aux changements de densité du fluide de travail F.

Ainsi, la température du fluide de travail Fw diffère obligatoirement de la température du fluide de transport LT à la même hauteur dans le réservoir 20, et le fluide de travail Fw ne peut se stabiliser à une température d'équilibre à laquelle sa densité confèrerait au dispositif magnétique mobile 28 une densité effective égale à la densité du fluide du transport LT, et à laquelle le dispositif magnétique mobile 28 viendrait à s'immobiliser entre le point bas PB et le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT. Sur un plan thermodynamique, les ralentissements des transferts thermiques entre le fluide de transport LT et le fluide de travail Fw offrent des conditions sensiblement adiabatiques lorsque le dipôle magnétique mobile 28 effectue ses mouvements ascendant MA et descendant MD entre les points bas PB et haut PH du volume VT de fluide de transport LT.

Ces conditions sensiblement adiabatiques lors des mouvements MA et MD du dipôle magnétique mobile 28 sont importantes car elles garantissent le bon fonctionnement du dispositif 10 thermo-gravitationnel.

En effet, pour s'assurer d'obtenir une amplitude maximale des mouvements MA et MD du dipôle magnétique mobile 28 entre les points bas PB et haut PH du volume VT de fluide de transport LT et éviter que l'amplitude de ces mouvements MA et MD ne diminue progressivement au fur et à mesure des cycles de génération d'énergie électrique, le fluide de travail Fw doit rester chaud avec une densité plus faible pendant toute la durée du mouvement ascendant MA et froid avec une densité plus élevée pendant toute la durée du mouvement descendant MD. En vue de générer une force électromotrice U1 lors de son déplacement par rapport à un enroulement 14 d'un générateur électrique 12, chaque dipôle magnétique mobile 28 comprend au moins un dipôle magnétique 16. Dans une première variante, le dipôle magnétique 16 d'un dipôle magnétique mobile 28 prend la forme d'un aimant permanent 42 distinct du corps 24 formant le réceptacle 26 de ce dipôle magnétique mobile 28 et solidarisé à ce corps 24, comme l'illustrent les figures 1, 2,4 et 5.

Cette première variante du dipôle magnétique 16 d'un dipôle magnétique mobile 28 est peu coûteuse à fabriquer car on trouve facilement dans le commerce des aimants permanents de différentes formes et de différentes aimantations. Dans cette première variante du dipôle magnétique 16 d'un dipôle magnétique mobile 28, l'aimant permanent 42 est solidarisé au corps 24 du dipôle magnétique mobile 28 par tous moyens appropriés, et par exemple à l'aide d'un lien 44 ou de liens 46 en nylon. Dans une seconde variante du dipôle magnétique 16 d'un dipôle magnétique mobile 28, le corps 24 formant le réceptacle 26 d'un dipôle magnétique mobile 28 est réalisé dans un matériau magnétique, ce corps 24 magnétique formant à la fois l'élément mobile 18 et le dipôle magnétique 16 du dipôle magnétique mobile 28, comme l'illustre la figure 3.

Cette seconde variante du dipôle magnétique 16 d'un dipôle magnétique mobile 28 est intéressante car elle est plus compacte et comprend moins d'éléments à assembler. Dans l'une ou l'autre des variantes de réalisation du dipôle magnétique 16, les pôles Nord N et Sud S du dipôle magnétique 16 de chaque dipôle magnétique mobile 28 sont situés de part et d'autre d'un plan P16 de préférence perpendiculaire à la direction d'enroulement D14 d'un enroulement 14 du générateur électrique 12. Ainsi, la force électromotrice produite lors de chaque mouvement du dispositif magnétique mobile 28 par rapport à un enroulement 14 est maximale.

Comme le montrent les figures 2 et 4, les pôles Nord N et Sud S du dipôle magnétique 16 de chaque dipôle magnétique mobile 28 peuvent être inversés de part et d'autre du plan P16 sans que cela nuise au fonctionnement du générateur électrique 12 linéaire. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif 10 thermo-gravitationnel selon l'invention, chaque dipôle magnétique mobile 28 se déplace indépendamment dans le volume VT de fluide de transport LT. Par indépendamment, l'invention entend que, dans le cas où différents dipôles magnétiques mobiles 28 sont plongés dans le volume VT de fluide de transport LT d'un même dispositif 10 thermo-gravitationnel, ces différents dipôles magnétiques mobiles 28 ne sont pas liés mécaniquement l'un par rapport à l'autre. On évite ainsi qu'un dipôle magnétique mobile 28 ralentisse un autre dipôle magnétique mobile 28, un tel ralentissement étant susceptible d'entrainer un dysfonctionnement du dispositif 10 thermo-gravitationnel et une baisse de son rendement. Dans un objectif similaire, et toujours dans un mode de réalisation préféré du dispositif 10 thermo-gravitationnel, chaque dipôle magnétique mobile 28 se déplace librement dans le volume VT de fluide de transport LT. Par librement, l'invention entend qu'aucun mécanisme n'est utilisé pour guider un dipôle magnétique mobile 28 lors de ses mouvements ascendant MA et descendant MD dans le volume VT de fluide de transport LT.

Toutefois, et comme indiqué précédemment, la présente invention couvre aussi des modes de réalisation du dispositif 10 thermo-gravitationnel dans lesquels chaque dipôle magnétique 16, et donc chaque dipôle magnétique mobile 28, est guidé en mouvement dans le volume VT de fluide de transport LT par un mécanisme approprié. Selon la présente invention, le réservoir 20 comprend au moins une portion creuse et verticale 48 dans laquelle est contenu tout ou partie du volume VT de fluide de transport LT. Cette portion creuse et verticale 48 comprend au moins un fond F48 et une paroi latérale P48. De préférence, cette portion creuse et verticale 48 est droite et cylindrique. Dans une première variante illustrée en figure 1, le réservoir 20 ne comprend qu'une portion creuse et verticale 48. Lorsqu'il est conçu avec cette première variante du réservoir 20, le dispositif 10 thermogravitationnel ne comprend qu'un unique dipôle magnétique mobile 28 effectuant des mouvements ascendant MA et descendant MD dans le volume VT de fluide de transport LT, ceci pour éviter les collisions qui auraient lieu entre plusieurs dispositifs magnétiques mobiles 28 se déplaçant dans une même portion creuse et verticale 48. Dans l'exemple représenté en figure 1, un seul enroulement 14 est installé à l'extérieur du réservoir 20. Toutefois, et afin de multiplier les forces électromotrices produites, plusieurs enroulements 14 pourraient être installés dans la hauteur H48 de la portion creuse et verticale 48. Dans une seconde variante illustrée en figure 5 et adaptée pour utiliser plusieurs dispositifs magnétiques mobiles 28, le réservoir 20 comprend deux portions creuses verticales droite 48D et gauche 48G reliées l'une à l'autre par deux portions creuses coudées haute 50H et basse 50B de manière à former un contenant 51 torique et allongé radialement dans deux directions verticales opposées haute DH et basse DB. Plus en détails, les deux extrémités inférieures 52 des deux portions verticales droite 48D et gauche 48G sont reliées par la portion creuse coudée basse 50B, et les deux extrémités supérieures 54 des deux portions verticales droite 48D et gauche 48G sont reliées par la portion creuse coudée haute 50H. Dans cette seconde variante, chaque portion creuse 48D,48G,50H,50B comprend une paroi latérale P48D,P48G,P5OH,P5OB aboutée à la paroi latérale de la portion creuse qui la précède et à la paroi latérale de la portion creuse qui la suit.

De préférence, les deux portions creuses verticales droite 48D et gauche 48G sont droites et cylindriques, et les deux portions creuses coudées haute 50H et basse 50B sont toriques. Lorsque le dispositif 10 thermo-gravitationnel est conçu avec cette seconde variante du réservoir 20 et que différents dispositifs magnétiques mobiles 28 sont plongés dans le volume VT de fluide de transport LT contenu dans ce réservoir 20, chaque dispositif magnétique mobile 28 effectue son mouvement ascendant MA dans une des portions creuses verticales droite 48D ou gauche 48G, passe par la portion creuse coudée haute 50H, effectue son mouvement descendant MD dans l'autre portion creuse verticale droite 48D ou gauche 48G, et passe par la portion creuse coudée basse 50B pour rejoindre la première portion creuse verticale droite 48D ou gauche 48G empruntée et recommencer un cycle de génération d'énergie électrique. Dans cette seconde variante du réservoir 20, au moins un enroulement 14 d'un générateur électrique 12 est installé dans la hauteur H48D,H48G de chacune des deux portions creuses verticales droite 48D et gauche 48G. Ainsi, au moins deux forces électromotrices U1 et U2 sont générées lors des mouvements ascendant MA et descendant MD d'un dispositif magnétique mobile 28. Comme dans la première variante, plusieurs enroulements 14 peuvent aussi être installés dans la hauteur H48D,H48G de chacune des deux portions creuses verticales droite 48D et gauche 48G du réservoir 20 pris dans cette seconde variante. Avantageusement, cette seconde variante de réalisation du réservoir 20 permet à la fois de multiplier le nombre de dipôles magnétiques mobiles 28 et le nombre d'enroulements 14, ce qui favorise la génération d'une plus grande quantité d'énergie électrique.

Dans l'une ou l'autre des variantes du réservoir 20, les parois latérales P48,P48D,P48G,P50H,P50B des portions creuses 48,48D,48G,50H,50B, de préférence cylindriques ou toriques, permettent de guider chaque dispositif magnétique mobile 28 lors de ses mouvements ascendant MA et descendant MD dans le volume VT de fluide de transport LT.

Selon la présente invention, et quelle que soit la variante de réalisation du réservoir 20, chaque enroulement 14 de chaque générateur électrique 12 linéaire est un solénoïde 56 installé dans ou autour d'une portion creuse verticale 48,48D,48G du réservoir 20. Ainsi, lors de ses mouvements ascendant MA et descendant MD, chaque dispositif magnétique mobile 28 passe à l'intérieur de chaque enroulement 14, ce qui permet de maximiser la force électromotrice produite. Chaque solénoïde 56 prend la forme d'un fil conducteur 58, gainé dans le cas où il est immergé dans le fluide de transport LT. De préférence, et tant à l'intérieur qu'à l'extérieur d'une portion creuse verticale 48,48D,48G, ce fil 58 est enroulé à plusieurs reprises contre la paroi latérale P48,P48D,P48G de la portion creuse verticale 48,48D,48G afin de maximiser la force électromotrice générée à chaque passage d'un dipôle magnétique mobile 28. Avantageusement, la cylindricité des parois latérales P48,P48D,P48G des portions creuses verticales 48,48D,48G permet de réduire au minimum la distance entre le fil conducteur 58 d'un enroulement 14 et le dipôle magnétique 16 de chaque dipôle magnétique mobile 28 passant au sein de cet enroulement 14, ce qui permet de maximiser la force électromotrice produite.

Pour la mise en oeuvre du dispositif 10 thermo-gravitationnel selon l'invention, le fluide de travail Fw est de préférence choisi de façon à passer de la phase liquide à la phase gazeuse lorsqu'il est soumis à la température chaude Tc du fluide de transport LT, et de la phase gazeuse à la phase liquide lorsqu'il est soumis à la température froide TE du fluide de transport LT. En effet, un fluide offre généralement des variations de densité plus importantes lorsqu'il passe d'une phase à une autre sous l'effet d'un changement de température, que lorsqu'il change de densité sans changer de phase sous l'effet d'un changement de température. Aussi, dans le cadre de la présente invention, en amplifiant les variations de la densité du fluide de travail Fw, on amplifie les variations de la densité effective du dipôle magnétique mobile 28 et donc les variations de la poussée d'Archimède s'appliquant sur chaque dipôle magnétique mobile 28, ce qui permet de rendre plus rapides les mouvements ascendant MA et descendant MD de chaque dipôle magnétique mobile 28 entre les points bas PB et haut PH du volume VT de fluide de transport LT.

Parallèlement, lors du passage de la phase liquide à la phase gazeuse du fluide de travail Fw, la chaleur latente de vaporisation engendre un retard de transfert thermique entre le fluide de transport LT et le fluide de travail Fw favorable au bon fonctionnement du dispositif 10 thermo-gravitationnel, comme indiqué préalablement. Dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif 10 thermo-gravitationnel selon l'invention, le fluide de travail Fw choisi est de préférence un fluide organique, fluoré en partie ou en totalité. Le choix d'un tel fluide de travail Fw organique et semi-fluoré ou perfluoré est intéressant car certains de ces fluides ont, à la pression atmosphérique, une température d'ébullition Téb inférieure à 100°C.

Par exemple, la température d'ébullition Téb du fluide de travail Fw peut descendre à 53°C dans le cas d'un 2,3-dihydrodécafluoropentane (C5F10H2), à 30°C avec un perfluoropentane (C5F12) et même jusqu'à -1,8°C avec un perfluorobutane (C4F1o)- Donc, le choix d'un fluide de travail Fw organique et semi-fluoré ou perfluoré permet au dispositif 10 thermo-gravitationnel de fonctionner à partir d'une source chaude Sc conférant au fluide de transport LT au point bas PB de son volume VT une température chaude Tc inférieure à 100°C.

Selon un autre avantage, certains fluides de travail Fw organiques et semi-fluorés ou perfluorés ont une faible conductivité thermique, respectivement égale à 0,056 et 0,057 W/m/K pour le perfluoropentane (C5F12) et le perfluorohexane (C6F14) par exemple, soit une conductivité environ dix fois inférieure à celle de l'eau, ce qui amplifie le ralentissement des transferts thermiques entre le fluide de transport LT et le fluide de travail Fw. De préférence, le fluide de travail Fw est un 2,3-dihydrodécafluoropentane (C5F10H2) avec une température d'ébullition Téb de 53°C, un perfluorohexane (C6F14) avec une température d'ébullition Téb de 57°C, un perfluoropentane (C5F12) avec une température d'ébullition Téb de 30°C, ou un perfluoropentane (C7F16) avec une température d'ébullition Téb de 83°C, un perfluorooctane (C8F18) avec une température d'ébullition Téb de 103°C, un perfluorononane (C9F20) avec une température d'ébullition Téb de 123°C, un perfluorodécane (C10F22) avec une température d'ébullition Téb de 144°C, ou un perfluoroalcane de poids moléculaire plus élevé pour atteindre une température d'ébullition encore plus élevée comme une température d'ébullition Téb de 239°C avec un perfluorotetradécane (C14F3o).

Le fluide de travail Fw peut aussi être avantageusement un perfluoroéther ou un perfluoropoly(éther) qui présente une propriété supplémentaire de biodégradabilité tel que le CF3(CF2)30CF3 avec une température d'ébullition Téb de 36°C, le CF3(CF2)20(CF2)2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 56°C, le CF3O(CF2O)3CF3 avec une température d'ébullition Téb de 59°C, le CF3(CF2)50CF3 avec une température d'ébullition Téb de 82°C, le CF3O(CF2O)4CF3 avec une température d'ébullition Téb de 83°C, ou l'un des éthers ou des poly(éther)s perfluorés suivants : le CF3CF2OCF2CF2OCF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 76°C, le CF3CF2O(CF2)3OCF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 91°C, le CF3O(CF2CF2O)2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 61,5°C, le CF3(CF2)30(CF2)3CF3 avec une température d'ébullition Téb de 102°C, le CF3CF2O(CF2)4OCF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 106°C, le CF3O(CF2CF2O)2CF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 85°C, le CF3CF2O(CF2)5OCF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 120°C, le CF3CF2O(CF2CF2O)2CF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 98°C, le CF3(CF2)40(CF2)4CF3 avec une température d'ébullition Téb de 139°C, le CF3O(CF2CF2O)3CF3 avec une température d'ébullition Téb de 105°C, le CF3O(CF2CF2O)3CF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 118°C, le CF3(CF2)50(CF2)5CF3 avec une température d'ébullition Téb de 179°C, le CF3O(CF2CF2O)4CF3 avec une température d'ébullition Téb de 138°C, le CF3O(CF2CF2O)4CF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 147°C, CF30(CF2CFZO)5CF3 avec une température d'ébullition Téb de 164°C, le CF3O(CF2CF20)SCF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 174°C, le CF3O(CF2CF2O)6CF3 avec une température d'ébullition Téb de 186°C, ou le CF30(CF2CF20)6CF2CF3 avec une température d'ébullition Téb de 193,5°C.

Le fluide de travail Fw peut aussi être avantageusement une huile fluorée commerciale telle que l'huile Novec® 7500 commercialisée par la société 3M® avec une température d'ébullition Téb de 128°C, ou l'huile Vertrel® XF commercialisée par la société DuPont® soit un 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-décafluoropentane aussi appelé 2,3-dihydrodécafluoropentane avec une température d'ébullition Téb comprise entre 53,2 et 54,2°C, ou une huile de la série 3M® Fluorinert® comme la FC-87 avec une température d'ébullition Téb de 30°C, la FC-72 avec une température d'ébullition Téb de 56°C, la FC-75 avec une température d'ébullition Téb située entre 99 et 107°C, la FC-84 avec une température d'ébullition Téb de 80°C, la FC-77 avec une température d'ébullition Téb de 97°C, la FC-3255 avec une température d'ébullition Téb de 103°C, la FC-3283 avec une température d'ébullition Téb de 128°C, la FC-40 avec une température d'ébullition Téb de 165°C, la FC-43 avec une température d'ébullition Téb de 175°C, la FC-70 avec une température d'ébullition Téb de 215°C, la FC-5312 avec une température d'ébullition Téb de 215°C, ou la FC770 avec une température d'ébullition Téb située entre 201 et 221°C. Dans tous les exemples précédents et suivants, les températures d'ébullition des différents fluides sont données sensiblement à la pression atmosphérique. En variante, le fluide de travail Fw peut aussi être un fluide organique non fluoré, c'est-à-dire hydrogéné tel qu'un alcane, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié, un fluide organique d'origine pétrochimique, ou un fluide organique bio-raffiné tel qu'une huile végétale, ces différents fluides de travail Fw offrant des températures d'ébullition Téb situées entre -50°C et 250°C, et de préférence prises entre 20°C et 100°C. Qu'il soit fluoré et/ou hydrogéné, le choix d'un fluide de travail Fw avec une température d'ébullition inférieure à 100°C permet d'utiliser l'eau comme fluide de transport LT. En effet, et toujours dans le cadre de la mise en oeuvre du dispositif 10 thermogravitationnel selon l'invention, le fluide de transport LT est de préférence de l'eau.

Ainsi, le fluide de transport LT contenu dans le réservoir 20 peut être l'eau chaude directement issue d'une source chaude Sc naturelle, et par exemple souterraine.

En plus des raisons précitées, le choix d'un couple fluide organique et fluoré/eau comme couple fluide de travail Fw/fluide de transport LT est intéressant car les fluides organiques et fluorés sont non-miscibles dans l'eau, ou seulement dans une quantité si infime de 10 à 100 ppm pour donner un ordre d'idées qu'elle n'entrainerait pas de dysfonctionnement et de baisse de rendement du dispositif 10 thermo-gravitationnel. En variante, d'autres fluides de transport LT peuvent aussi être envisagés afin d'avoir une densité différente de ce fluide de transport LT, afin de réduire les frottements visqueux subis par le dispositif magnétique mobile 28 lorsqu'il se déplace dans le fluide de transport LT, ou afin d'éviter une ébullition du fluide de transport LT au point bas PB de son volume VT.

Par exemple, le fluide de transport LT peut être une huile organique hydrogénée ou fluorée, saturée ou insaturée, linéaire, cyclique ou ramifiée, une huile minérale, une huile bioraffinée telle qu'une huile végétale comme l'huile de ricin, ou une huile siliconée de viscosité modérée comme l'huile Rhodorsil® 47 V 50. De façon générale, la présente invention couvre une installation de génération d'électricité, telle qu'illustrée par les figures 1 et 5, et comprenant une source chaude Sc, une source froide SE et au moins un dispositif 10 thermo-gravitationnel intercalé entre cette source chaude Sc et cette source froide SE, au moins le point bas PB du volume VT de fluide de transport LT étant en contact thermique avec la source chaude Sc, et au moins le point haut PH du volume VT de fluide de transport LT étant en contact thermique avec la source froide SE. Aussi, et en vue d'améliorer les transferts thermiques entre la source chaude Sc et le fluide de transport LT ou entre la source froide SE et le fluide de transport LT, le volume VT de fluide de transport LT peut être mis en contact respectivement avec la source chaude Sc ou avec la source froide SE via le réservoir 20 sur au moins une portion de la hauteur H20 de ce réservoir 20. A titre d'exemple, dans le cas où le dispositif 10 thermo-gravitationnel est utilisé pour produire de l'énergie électrique à partir d'une énergie thermique renouvelable, l'énergie électrique ainsi produite pourra être utilisée pour alimenter des dispositifs d'éclairage, par exemple à DEL.

Et, dans le cas où le dispositif 10 thermo-gravitationnel est utilisé pour produire de l'énergie électrique à partir d'une énergie thermique fatale, l'énergie électrique ainsi produite pourra aussi être utilisée pour de l'éclairage, pour alimenter différents capteurs, ou pour recharger différents accumulateurs.

Claims (20)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité, ce dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité comprenant au moins un générateur électrique (12), chaque générateur électrique (12) comprenant au moins un enroulement (14) et au moins un dipôle magnétique (16) mis en mouvement par rapport à cet enroulement (14), et chaque enroulement (14) permettant de générer une tension électrique (U1,U2) à partir du mouvement d'un dipôle magnétique (16) par rapport à cet enroulement, ce dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité comprenant en outre un volume (VT) d'un fluide de transport (LT) et au moins un élément mobile (18) plongé dans ce fluide de transport (LT), le volume (VT) de fluide de transport (LT) étant contenu dans un réservoir (20) et s'étendant entre un point bas (PB) et un point haut (PH), le point haut (PH) se situant au-dessus du point bas (PB) dans le volume (VT) de fluide de transport (LT), le fluide de transport (LT) étant soumis à un gradient de température négatif entre le point bas (PB) et le point haut (PH), le fluide de transport (LT) ayant une température chaude (Te) au point bas (PB) supérieure à la température froide (TE) de ce fluide de transport (LT) au point haut (PH), et chaque élément mobile (18) comprenant un corps (24) formant un réceptacle (26) offrant un volume de réception (VR) d'une quantité utile d'un fluide de travail (Fw), le dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité étant caractérisé en ce que chaque dipôle magnétique (16) est directement fixé à un élément mobile (18) ou constitué par un élément mobile (18) de manière à former un dipôle magnétique mobile (28), et en ce que chaque générateur électrique (12) est un générateur électrique linéaire, au moins un enroulement (14) d'un générateur électrique (12) linéaire s'étendant entre le point bas (PB) et le point haut (PH) du volume (VT) de fluide de transport (LT), et chaque dipôle magnétique mobile (28) effectuant un mouvement alternatif (MALT) dans le volume (VT) de fluide de transport (4) entre le point bas (PB) et le point haut (PH) du volume (VT) de fluide de transport (4) sous l'effet des changements de densité du fluide de travail (Fw) qui se produisent lorsque ce fluide de travail (Fw) est alternativement soumis à la température chaude (Te) du fluide de transport (4) et à la température froide (TE) du fluide de transport (LT).
2. 2. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps (24) formant le réceptacle (26) de fluide detravail (Fw) offre une conception fermée ou semi-fermée permettant de conserver la quantité utile de fluide de travail (Fw) à l'intérieur du réceptacle (26) lors des changements de densité du fluide de travail (FW) entraînant des mouvements ascendant (MA) et descendant (MD) du dispositif magnétique mobile (28) dans le volume (VT) de fluide de transport (LT).
3. 3. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réceptacle (26) est fermé, et en ce que le corps (24) est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps (24) de se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail (Fw) dans le réceptacle (26) et de façon que le volume de réception (VR) du réceptacle (26) s'adapte, à la hausse et à la baisse, aux différents volumes pris par le fluide de travail (Fw) lorsqu'il change de densité.
4. 4. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps (24) deformable est équipé d'un élément extérieur (30) limitant son expansion et l'augmentation du volume de réception (VR) du réceptacle (26) lors de chaque baisse de densité du fluide de travail (Fw).
5. 5. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réceptacle (26) est ouvert, et en ce que le corps (24) est réalisé dans un matériau et dans une épaisseur permettant au corps (24) de ne pas se déformer sous l'effet des changements de densité et de volume du fluide de travail (Fw), le volume de réception (VR) du réceptacle (26) restant constant lors des changements de densité du fluide de travail (Fw), et le fluide de travail (Fw) changeant de volume à l'intérieur du réceptacle (26) lorsque ce fluide de travail (Fw) change de densité.
6. 6. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 5, caractérisé en ce que le réceptacle (26) prend la forme d'un évidement (32) prévu dans le corps (24) et débouchant par une ouverture (34) prévue en partie inférieure (36) de ce corps (24), le volume de réception (VR) offert par l'évidement (32) étant supérieur ou égal au volume maximal occupé par le fluide de travail (Fw) lorsque sa densité est minimale.
7. 7. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un piston (38) est monté dans l'évidement (32) de manière à isoler la quantité utile de fluide de travail (Fw) à l'intérieur du réceptacle (26) et àséparer physiquement le fluide de travail (Fw) du fluide de transport (LT), le piston (38) coulissant dans l'évidement (32) de manière à permettre au volume de réception (VO du réceptacle (26) de varier en fonction des variations de volume du fluide de travail (Fw) lorsqu'il change de densité.
8. 8. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'une butée (40) est prévue en partie inférieure (36) du corps (24) pour arrêter le coulissement (C) du piston (38) et éviter qu'il ne se sépare du corps (24).
9. 9. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dipôle magnétique (16) d'un dipôle magnétique mobile (28) prend la forme d'un aimant permanent (42) distinct du corps (24) formant le réceptacle (26) de ce dipôle magnétique mobile (28) et solidarisé à ce corps (24).
10. 10. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (24) formant le réceptacle (26) d'un dipôle magnétique mobile (28) est réalisé dans un matériau magnétique, ce corps (24) magnétique formant à la fois l'élément mobile (18) et le dipôle magnétique (16) de ce dipôle magnétique mobile (28).
11. 11. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque dipôle magnétique mobile (28) se déplace indépendamment dans le volume (VT) de fluide de transport (LT).
12. 12. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque dipôle magnétique mobile (28) se déplace librement dans le volume (VT) de fluide de transport (LT).
13. 13. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réservoir (20) comprend au moins une portion creuse droite et verticale (48,48D,48G) dans laquelle est contenu tout ou partie du volume (VT) de fluide de transport (LT).
14. 14. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon la revendication 13, caractérisé en ce que le réservoir (20) comprend deux portions creuses verticales droite (48D) et gauche (48G) reliées l'une à l'autre par deux portions creuses coudées haute (50H) et basse (50B) de manière à former un contenant (51) torique et allongé radialement dans deux directions verticales opposées haute (DH) et basse (DB), lesdeux extrémités inférieures (52) des deux portions verticales droite (48D) et gauche (48G) étant reliées par la portion creuse coudée basse (50B), et les deux extrémités supérieures (54) des deux portions verticales droite (48D) et gauche (48G) étant reliées par la portion creuse coudée haute (50H).
15. 15. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que chaque enroulement (14) de chaque générateur électrique (20) linéaire est un solénoïde (56) installé dans ou autour d'une portion creuse verticale (48,48D,48G) du réservoir (20).
16. 16. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs dipôles magnétiques mobiles (28) sont plongés dans le volume (VT) de fluide de transport (L T) contenu dans le réservoir (20).
17. 17. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de travail (Fw) est choisi de façon à passer de la phase liquide à la phase gazeuse lorsqu'il est soumis à la température chaude (Tc) du fluide de transport (LT), et de la phase gazeuse à la phase liquide lorsqu'il est soumis à la température froide (TE) du fluide de transport (LT).
18. 18. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de travail (Fw) est un fluide organique et fluoré en partie ou en totalité.
19. 19. Dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de transport (LT) est de l'eau.
20. 20. Installation de génération d'électricité comprenant une source chaude (Sc), une source froide (SE) et au moins un dispositif (10) thermo-gravitationnel de génération d'électricité selon l'une des revendications précédentes intercalé entre cette source chaude (Sc) et cette source froide (SE), au moins le point bas (PB) du volume (VT) de fluide de transport (LT) étant en contact avec la source chaude (Sc) via le réservoir (20), et au moins le point haut (PH) du volume (VT) de fluide de transport (LT) étant en contact avec la source froide (SE) via le réservoir (20).