WO2014154715A1 - Systeme mecanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'energie mecanique a partir dudit azote liquide - Google Patents

Systeme mecanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'energie mecanique a partir dudit azote liquide Download PDF

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WO2014154715A1
WO2014154715A1 PCT/EP2014/055998 EP2014055998W WO2014154715A1 WO 2014154715 A1 WO2014154715 A1 WO 2014154715A1 EP 2014055998 W EP2014055998 W EP 2014055998W WO 2014154715 A1 WO2014154715 A1 WO 2014154715A1
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WO
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chamber
nitrogen
piston
intake
exhaust
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Application number
PCT/EP2014/055998
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English (en)
Inventor
Jean-Paul Sauvee
Eric Dupont
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Nergitec
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    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
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    • F01K23/068—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/006—Systems for storing electric energy in the form of pneumatic energy, e.g. compressed air energy storage [CAES]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
    • Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]

Definitions

  • the field of the invention is that of the design and manufacture of motor devices intended to be used to produce mechanical energy from a different energy source, and that of generating devices intended for be implemented to produce a source of energy from another source of energy.
  • the invention also relates to methods for producing mechanical energy and producing energy sources.
  • the invention relates in particular to a technique for producing, using and more generally thermodynamic storage of renewable or other energies.
  • the invention relates to a system or device for producing liquid nitrogen and then generating mechanical energy from the previously produced liquid nitrogen.
  • Motor devices are commonly used to animate other devices.
  • motor vehicles are equipped with an engine which, by consuming an energy source, generally diesel or gasoline, produces mechanical energy transmitted to the wheels by a transmission adapted to move the vehicle.
  • an energy source generally diesel or gasoline
  • the power generation facilities are also generally equipped with a turbine which, by consuming a power source, drives the rotor of a generator to produce electric power.
  • the wind and solar sectors offer an advantageous alternative to the nuclear and fossil sectors in that their impact on the environment is very low. They use renewable energies and their implementation does not induce the release of pollutants into the environment. However, when the wind or solar radiation is low or zero, electricity production by these channels is also low.
  • the techniques of electricity generation by these sectors thus have the disadvantages of having a low annual operating rate and of having a rather random operation. It is estimated that the average annual operating rate of power generation facilities for wind and solar is reduced to approximately 1,000 to 2,500 hours.
  • thermodynamic solar power plants with thermal storage capacity in the form of molten salt have been developed in particular.
  • Power plants of this type can store thermal energy emitted by solar radiation for a short period of a few hours, which can increase their operating rate up to 6000 hours in the year in appropriate regions.
  • the disadvantage of power plants of this type is that the stored thermal energy is lost relatively quickly by both radiation and thermal convection.
  • salts with low temperature change of phase between 400 and 500 ° C). These are however easily flammable.
  • Solar thermodynamic plants with dry storage capacity, such as ceramics at 1000 ° C also increase the operating rate. Capacities of this type occupy more volume and cause more heat losses. These plants only work properly in areas with high levels of direct sunlight.
  • An alternative to storage is to route the portion of electricity produced that can not be consumed near its production site in areas requiring energy input. This involves implementing a network for the transport of excess energy produced, which represents a significant cost item.
  • liquid nitrogen which has the advantage of being able to be produced indefinitely from the ambient air compared to batteries for example which require more or less rare metals.
  • the liquid nitrogen has, for a volume substantially equal to that of batteries producing about 100 to 200 watts / kilo, the particularity of being able to be stored in economic tanks several months with little loss.
  • an object of the invention is to provide a system which allows, in at least one embodiment, to produce mechanical energy from a liquefied gas and alternatively to produce this liquefied gas from mechanical energy.
  • Another object of the invention is to implement such a system that allows, in at least one embodiment, to produce the liquefied gas from renewable energy or other energy.
  • the invention also aims to provide such a system that allows, in at least one embodiment, to produce mechanical energy and / or electricity almost independently from renewable energies or otherwise.
  • Another object of the invention is to provide such a system that is simple to implement and / or compact and / or economical and / or simple design and / or ecological.
  • a mechanical system for producing and storing liquid nitrogen and producing mechanical energy from said liquid nitrogen comprising at least:
  • a first piston movably mounted within a first chamber provided with first intake means and first exhaust means;
  • a second piston movably mounted within a second chamber provided with second intake means and second exhaust means;
  • motor means connected to said first and second pistons; said system being configured to operate in at least two modes:
  • said second intake means are connected to means for conveying nitrogen gas
  • said second exhaust means are connected to means for discharging compressed nitrogen
  • said compressed nitrogen discharge means is connected to said heat exchange means and then to said first intake means,
  • said first exhaust means are connected to liquid nitrogen conveying means opening into said liquid nitrogen storage means and to non-liquefied nitrogen conveying means opening into said heat exchange means with said compressed nitrogen,
  • said motor means being configured to drive said first and second moving pistons within said first and second chambers and said driving means being configured to drive said first and second intake and exhaust means for compressing said nitrogen gas into said second chamber then expanding in said first chamber the compressed nitrogen gas from said second chamber to produce said liquid nitrogen in said first chamber and then convey it into said storage means;
  • said first intake means are connected to means for conveying the nitrogen contained in said storage means, the first exhaust means are connected to means for evacuating gaseous nitrogen at least partially relaxed, said means at least partially expanded nitrogen gas discharge are connected to said second intake means, said second exhaust means are connected to further expanded nitrogen discharge means,
  • the invention is based on a completely original approach that consists in providing a mechanical system that can be moved in a mode of operation by transmitting mechanical energy produced for example from electricity, fuel, gas, solar radiation or wind force, produce liquid nitrogen, and in another mode of operation to produce mechanical energy by consuming liquid nitrogen previously produced.
  • the technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy.
  • the system according to the invention has a structure comprising at least two jack-piston assemblies, that is to say two jackets each housing a movably mounted piston, which have the feature of operating as follows:
  • a jacket-piston assembly functions as a compressor to compress nitrogen gas while the other operates as a pressure regulator for expanding compressed nitrogen gas from the first jacket-piston assembly to to produce liquid nitrogen in this second jacket-piston assembly which is subsequently stored in the means provided for therein. effect;
  • the two piston-sleeve assemblies operate as a pressure reducer, the stored liquid nitrogen is introduced into a first set piston-folder inside which it relaxes at least in part before being routed in the second together shirt-piston in which he is relaxed more.
  • heat exchange means are provided so that at least a portion of the non-liquefied nitrogen from the flash chamber exchanges heat with the water. compressed nitrogen from the compression chamber to lower the temperature thereof.
  • said first intake means and first exhaust means are movably mounted between an open position and a closed position
  • said second intake means and second exhaust means are mounted movably between a first and second exhaust means. an open position and a closed position
  • said control means being configured to control the movement of said first and second intake means and said first and second exhaust means from said open position to said closed position
  • said motor means being configured to drive said first and second pistons in motion inside said first and second chambers and said control means being configured to control the movement of said first and second intake and exhaust means between said open and closed positions, and vice versa, for compressing said nitrogen gas in said second chamber and then expanding in said first chamber the compressed nitrogen gas from said second chamber to produce said liquid nitrogen in said first chamber then convey it into said storage means;
  • control means being configured to drive moving said first and second intake and exhaust means between said open and closed positions, and vice versa, such that said first and second pistons are moved within said first and second chambers; for producing mechanical energy under the effect of the expansion of nitrogen in said first chamber and in said second chamber.
  • said first and second pistons are movably mounted in said first and second chambers between a top dead center and a bottom dead center in reciprocating movement, said motor means and said control means being configured, in generator mode, to place said second intake means in the open position and said second exhaust means in the closed position when said second piston is moved to its bottom dead point to admit said nitrogen gas into said second chamber, to place said second intake means in the closed position and said second exhaust means in the closed position when said second piston is moved to its top dead center to compress said nitrogen gas in said second chamber, then to place said second means of exhaust in their open position to allow routing said compressed nitrogen gas to said first inlet means for placing said first intake means in the open position and said first exhaust means in the closed position when said first piston is moved to its bottom dead center to admit in said first chamber said compressed nitrogen gas, for placing said first intake means in the closed position and said first exhaust means in the open position when said first piston is moved to its top dead center to evacuate said first said liquid nitrogen and said non-liquefied nitrogen chamber.
  • a system according to the invention can thus be used to produce and store liquid nitrogen being driven by motor means such as an electric motor, gasoline engine, fuel oil, gas or wind ...
  • said first and second pistons are movably mounted in said first and second chambers between a top dead center and a bottom dead center in reciprocating movement, said motor means and said control means being configured, in motor mode, to place said first intake means in the open position and said first exhaust means in the closed position when said first piston is moved to its bottom dead point to admit into said first chamber said nitrogen from said storage means, then to place said first intake means in the closed position in order to allow said nitrogen to relax inside said first chamber and to induce the displacement of said first piston towards its bottom dead point, to place said first admission means in the closed position and said first exhaust means in the open position when said first piston is moved to its top dead center to evacuate from said first chamber said partially expanded nitrogen to said second intake means, to place said second intake means in said open position and said second means for exhaust in said closed position when said second piston moves towards its bottom dead point to admit into said second
  • a system according to the invention can thus be used to produce mechanical energy by consuming the liquid nitrogen previously produced in generator mode.
  • the mechanical energy thus produced may, for example, be used to drive a current generator in motion or to enable the moving a vehicle ...
  • said motor means comprise:
  • a third piston movably mounted inside a third chamber provided with third intake or exhaust means and fourth intake or exhaust means, said third and fourth intake or exhaust means being movably mounted between an open position and a closed position,
  • said means for discharging compressed nitrogen gas are furthermore connected to means for heating said compressed nitrogen gas
  • control means being configured to control the movement of said third and fourth intake and exhaust means for moving said third piston within said third chamber under the effect of the expansion of the nitrogen in said third chamber; third chamber, and thereby produce mechanical energy transmitted to said first and second pistons to move them in said first and second chambers.
  • said third piston is movably mounted inside said third chamber between a top dead center and a bottom dead center in a reciprocating movement
  • said means engines and said control means being configured, in generator mode, for placing said third intake means in the open position and said fourth exhaust means in the closed position when said third piston is moved towards its bottom dead center for admit into said third chamber said heated nitrogen gas, then to place said third intake means in the closed position and said fourth exhaust means in the closed position so that said nitrogen relaxes within said third chamber by driving said third piston towards its bottom dead center and said first and second moving piston respectively into said first and second chambers, to place said fifth exhaust means in the open position and said third intake means in a position of shutter when said third piston is moved to its top dead center for evacuate said third chamber the expanded nitrogen.
  • a system according to the invention can thus be driven by means of the third set shirt-piston.
  • said second and third pistons constitute a single double-acting piston, said second and third chambers being delimited by a single envelope and said double-acting piston.
  • said heating means comprise means for converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said compressed nitrogen gas.
  • the source of heat required for the production of mechanical energy can thus be constituted by solar radiation.
  • the system can be animated from solar energy to generate liquid gas in the generator mode.
  • a system according to the invention preferably comprises means for accumulating said thermal energy.
  • said heating means comprise means for transferring heat of the expanded nitrogen from said third chamber to said compressed nitrogen gas from said second chamber, and means for conveying, into said second chamber, the expanded nitrogen from said third chamber thus cooled in said heat transfer means.
  • said means for conveying the liquid nitrogen contained in said storage means (comprise means for heating said liquid nitrogen.
  • said means for heating said liquid nitrogen comprise, in motor mode, air conveying means connected to said third means of amission, and means for transferring heat to said liquid nitrogen, said third and fourth intake and exhaust means being controlled by said control means so as to compress said air in said third chamber, in order to transfer the heat of said compressed air into said third chamber to said liquid nitrogen.
  • said motor means and said control means are configured, in engine mode, to place said fourth intake means in the open position and said third exhaust means in the closed position when said third piston is moved to its bottom dead center to admit into said third chamber said air, to place said fourth intake means and said third exhaust means in the closed position when said third piston moves towards its top dead center for compressing said air in said third chamber, then for placing said fourth intake means in the closed position and said third exhaust means in the open position for discharging from said third chamber the air previously compressed therein.
  • said means for transferring the heat of said compressed air into said third chamber to said liquid nitrogen comprise a coil placed in the peripheral envelope of said third chamber, said means for conveying said liquid nitrogen comprising said coil.
  • said means for heating said liquid nitrogen further comprise heat exchange means between said air conveyed in said air conveying means and the air coming from said third chamber, and means for conveying into said second chamber air from said third chamber thus heated in said heat exchange means.
  • a system according to the invention comprises means for heating, in motor mode, said liquid nitrogen inside said first and / or second chambers.
  • the cold water from the expansion chambers can be warmed by the ambient air before being injected into the expansion chambers to improve the expansion of the nitrogen gas .
  • a system according to the invention comprises means of cooling, in generator mode, said nitrogen gas inside said second chamber.
  • the hot water coming, in generator mode, from the chamber inside which the nitrogen gas is compressed can be used as heating water for example in a floor heating system or the like.
  • the cooled water at the outlet thereof can then be injected as cooling water into the compression chamber.
  • a system according to the invention comprises means for varying the displacement of at least one of said chambers.
  • the invention relates to a mechanical system comprising:
  • the invention is based on a completely original approach which consists in providing a mechanical system that can operate in one mode of operation to produce a liquefied gas from mechanical energy, and in another mode of operation to produce energy. mechanical from the liquefied gas previously produced.
  • the technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy.
  • said production means comprise:
  • said compression means comprising said first or second expansion means.
  • the means used to compress the gas in the gaseous state in the generator mode therefore comprise some of the means used to relax the liquid gas in engine mode.
  • the system according to the invention is thus compact.
  • said means for supplying mechanical energy comprise said means for compressing said gas in the gaseous state, means for reheating at least part of said gas in the compressed gaseous state, fourth means for expanding said gas in the heated gaseous state.
  • said heating means comprise means for converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said gas in the compressed gaseous state.
  • the source of heat required for the production of mechanical energy can thus be constituted by solar radiation.
  • the system can be animated from solar energy to generate liquid gas in the generator mode.
  • a system according to the invention comprises means for accumulating said thermal energy.
  • said heating means comprise means for recovering industrial heat discharges and / or converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said gas in the state. gaseous compressed.
  • said heating means comprise cogeneration means.
  • a cogeneration system may for example comprise a boiler used to produce the heat for heating a building and the heat necessary for the production of mechanical energy to animate the system to produce liquid gas or energy. electric.
  • said heating means comprise means for transferring heat of the expanded gas from said fourth expansion means to said gas in the compressed gaseous state.
  • said cooling means comprise means for transferring heat from a portion of said non-liquefied gas from said third expansion means to said gas in the compressed gaseous state.
  • said means for supplying said liquefied gas comprise means for heating said liquefied gas.
  • said reheating means comprise second compression means, means for supplying air to said second compression means, and means for transferring heat from the compressed air from said fourth means of compression. compression of liquefied gas audit.
  • said fourth compression means in motor mode comprise said fourth expansion means in generator mode, and vice versa.
  • the system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode.
  • the system according to the invention is thus compact and economical.
  • a system according to the invention comprises means for supplying said second compressed air expansion means from said fourth compression means.
  • a system according to the invention preferably comprises means for transferring heat between said air and said compressed air from said fourth compression means.
  • said means for transferring heat between said air and said compressed air from said fourth engine mode compression means comprise said means for cooling at least a portion of said gas in the compressed gaseous state in generator mode, and vice versa.
  • the system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode.
  • the system according to the invention is thus compact and economical.
  • a system according to the invention comprises means for heating said liquefied gas inside said first and / or second expansion means.
  • a system according to the invention comprises means for cooling said gas in the gaseous state inside said first compression means.
  • said means for heating said liquefied gas inside said first and / or second generator mode expansion means comprise said means for cooling said gaseous gas within said first compression means.
  • a system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode.
  • the system according to the invention is thus compact and economical.
  • a system according to the invention comprises a first and a second chamber, an output linked to movable drive means mounted inside said chambers so that a displacement of said drive means generates a drive. in movement of said output and vice versa, said first and second expansion means in said motor mode respectively comprising said first and second chambers, and said first compression means and third expansion means in said generator mode respectively comprising said second and first chambers.
  • the expansion and compression means thus comprise chambers constituting cylinders in which are mounted movable drive means such as pistons connected to an outlet, for example a drive shaft, for example by means of connecting rods and a crankshaft.
  • the output could for example consist of coils of a linear electric motor that would be driven by the pistons.
  • a system comprises a third chamber inside which are mounted movable drive means connected to said output so that a displacement of said drive means generates a driving movement of said output and vice versa, said fourth expansion means in said motor mode comprising said third chamber, and said second compression means in said generator mode comprising said third chamber, said second and third chambers being delimited by a single enclosure and the means for training housed inside it.
  • a system according to the invention comprises means for generating electricity capable of being driven by said means for producing mechanical energy.
  • the mechanical energy produced by the system can thus be used to produce electricity.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising a system according to any one of the variants described above.
  • a system according to the invention can thus be implemented to move a vehicle.
  • Figure 1 illustrates a mechanical system according to the invention with two cylinders for producing liquid nitrogen from mechanical energy
  • Figure 2 illustrates the mechanical system of Figure 1 for producing mechanical energy from liquid nitrogen
  • Figure 3 illustrates the mechanical system of Figure 1 for recovering braking energy
  • Figure 4 illustrates a mechanical system according to the invention with three cylinders for producing liquid nitrogen from a hot source
  • Figure 5 illustrates the mechanical system of Figure 4 for producing liquid nitrogen from mechanical energy
  • Figure 6 illustrates the mechanical system of Figure 4 for producing mechanical energy from liquid nitrogen
  • Figure 7 illustrates the mechanical system of Figure 4 for producing mechanical energy from a hot source
  • Figures 8 to 10 illustrate a displacement modification device that can be implemented to vary the displacement of at least one of the chambers of a system according to the invention. 6. Description of embodiments of the invention
  • the general principle of the invention is based on the implementation of a mechanical system that can, according to two alternative modes of operation: - produce a liquefied gas from mechanical energy, and
  • the technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy.
  • FIGS. 1 to 3 a first embodiment of a mechanical system according to the invention is presented.
  • such a system comprises a first chamber 1 and a second chamber 2.
  • the chambers are also called cylinders.
  • the first 1 and second 2 chambers each house a piston 3, 4.
  • Each piston 3, 4 is connected by means of a pivot connection to the head of a connecting rod 5, 6.
  • the foot of each connecting rod 5, 6 is connected by means of a pivot connection to a crankshaft 7 integral with a driving shaft 8.
  • the pistons 3, 4 are movably mounted in translation inside their chamber 1, 2 respectively so that a displacement of the pistons 3, 4 inside the chambers 1, 2 generates a driving movement of the crankshaft and the motor shaft.
  • the pistons are therefore training means.
  • a driving movement of the motor shaft causes a displacement of the pistons 3, 4 in their respective chamber 1, 2.
  • the movement of the motor shaft is rotatable.
  • a linear displacement of the pistons 3, 4 causes a rotation of the motor shaft 8
  • a rotation of the motor shaft 8 causes a linear displacement of the pistons.
  • the mechanical system comprises a pair of flat opposed bi-cylinders. It may, however, include more than two cylinders.
  • the cylinders may be arranged otherwise than flat, for example V, line or other.
  • the cylinder assembly is of reciprocating type, that is to say that a reciprocating linear movement of the pistons causes a rotary movement of the motor shaft and vice versa. Alternatively, a rotational movement of the pistons may cause a rotary movement of the motor shaft.
  • crankshaft-crankshaft may not be implemented.
  • the pistons may for example be driven by an alternating linear electric motor or alternatively drive it or more precisely the coils thereof. They can still be connected to a water pump or reversible hydraulic piston oil engine, mounted in line with the system. The pistons could then drive the hydraulic pump and alternatively the hydraulic pump could drive the pistons.
  • Each chamber 1, 2 is closed by a cylinder head 9, 10.
  • the system comprises means for controlling the displacement of the valves from one to the other of their positions. These means may for example include camshafts or electronic control means.
  • the mechanical system comprises means for reheating or cooling the contents of the first and second chambers.
  • These means comprise injection means such as injectors 15, 16 of a fluid such as water inside the chambers. They also include means 17 for heating and cooling 18 of the fluid.
  • the system comprises means 19 for storing a liquefied gas, such as a tank. In this embodiment, it is liquid nitrogen. It also comprises means for heating the liquid nitrogen such as a heat exchanger 21.
  • a heat exchanger 21 The reservoir 19 and the heat exchanger 21 are connected by a pipe 35 on which are placed liquid nitrogen transfer means, such as a pump 20.
  • a buffer tank could be placed between the pump 20 and the exchanger 21. It also comprises other heating means such as an exchanger 22.
  • the system includes a plurality of conduits for circulating fluids. These pipes will be described in connection with the description of the operation of the system according to the invention.
  • the mechanical system according to the invention can operate in two modes:
  • the system according to the invention comprises means for supplying mechanical energy to its drive shaft.
  • these supply means comprise, for example, an electric motor or the like connected to the drive shaft 8.
  • the electric motor makes it possible to transmit mechanical energy to the motor shaft 8 so that it is rotated about its axis.
  • the crankshaft 7 then drives in alternate translation the pistons 3 and 4 in their respective chambers 1, 2.
  • the piston 4 is initially at its top dead center in which it is close to its cylinder head 10.
  • the valve 14 is closed while the valve 13 is open.
  • the orifice 25 is connected to nitrogen intake pipes in the new gaseous state 27 and gaseous nitrogen 28 coming from the exchanger 22.
  • the piston 4 is moved according to the arrow A towards its bottom dead point this induces admission into the chamber 2 of a mixture of nitrogen in the new gaseous state, at a pressure of about 1 bar and at a temperature of about 20 ° C, and nitrogen in the state gas 28 from the exchanger 22.
  • the pressure of the new nitrogen gas admitted into the chamber 2 will preferably be between 1 and 40 bar (this pressure is equivalent to the pressure in the pipe 28) and its temperature preferably between - 40 ° C and 40 ° C.
  • Valve 13 closes.
  • the piston 4 is then moved along the arrow B towards its top dead center.
  • the nitrogen in the gaseous state contained in the chamber 2 is then compressed.
  • the valve 14 is then opened so that nitrogen in the gaseous state compressed at about 5 bar and at 20 ° C. is conveyed via a pipe 29 inside the exchanger 22.
  • This pressure will preferably be between 1 and 40 bar.
  • This temperature the value of which depends on the cooling fluid, will preferably be between -40 ° C. and 40 ° C. Nitrogen in the compressed gaseous state and the non-liquefied nitrogen gas exchange heat inside this exchanger 22 so that the compressed nitrogen gas is cooled.
  • Nitrogen in the gaseous state leaves the exchanger 22 at about -170 °, this temperature may preferably be between -50 and -200 °, then is conveyed via a pipe 30 and the orifice 23 inside. of the chamber 1.
  • the valve 11 is open and the valve 12 is closed.
  • the piston 3 is at its top dead center in which it is close to its cylinder head 9.
  • the compressed nitrogen gas enters the chamber 1.
  • the valve 11 closes during the descent of the piston. Nitrogen gas relaxes and cools in chamber 1 inside which it partially liquefies while the piston moves along arrow A to its bottom dead point.
  • the valve 12 opens while the piston 3 moves along the arrow B to its top dead center.
  • a mixture of liquid nitrogen and non-liquefied nitrogen gas at approximately -195 ° C. and 1 bar is thus extracted from the chamber 1.
  • This pressure will preferably be between 1 and 40 bar, and this temperature will be equal to the temperature of vaporization of the corresponding fluid. For example, it will be equal to -195 ° C. when the pressure of the nitrogen is equal to 1 bar.
  • a phase separator (not shown) separates the liquid nitrogen from the nitrogen gas at the outlet of the chamber 1.
  • the liquid nitrogen at -195 ° C and 1 bar is fed into the reservoir 19 through a pipe 31.
  • Nitrogen gaseous non-liquefied at -195 ° C and 1 bar is introduced into the exchanger 22 via a pipe 32 to cool the nitrogen in the gaseous state compressed from the chamber 2.
  • the heated nitrogen gas from the exchanger 22 is introduced into the chamber 2 via the pipe 28.
  • a phase separator (not shown) makes it possible to separate the hot water from the compressed nitrogen gas at the outlet of the chamber 2.
  • This water is sent via a pipe 33 into the exchanger 18.
  • the ambient air of which the temperature is preferably between 0 and 20 ° C, and the water exchange heat inside the exchanger 18 so that the water is cooled to a temperature preferably between 0 and 25 °.
  • This water is then injected by means of a pump 34 and the injector 15 into the chamber 2 during compression.
  • the compression is thus substantially isothermal which improves the efficiency.
  • This cooling during compression is optional.
  • the hot water coming from the compression inside the chamber 2 may alternatively or additionally be recovered for another use. It may for example supply the heating floor of a building as a dwelling unit to provide heating thereof. This may for example be the case when one produces liquid nitrogen for a vehicle during the night with the electrical energy of the network for example.
  • the cycles inside the chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce liquid nitrogen and store it.
  • the system according to the invention is therefore a system for producing and storing renewable energy, in this case liquid nitrogen.
  • cycle pressure it is possible to increase the cycle pressure to increase the production of the system. Greater pressure in the cycle increases the mass of compressed nitrogen. As an example, rather than admitting nitrogen to 1 bar in room 2, it is possible to admit nitrogen at 5 bar which is compressed at 25 bar and then relaxed to 5 bar in room 1 before returning to the chamber 2 the non-liquefied portion. The amount of energy consumed is then five times greater to produce five times more liquid nitrogen. The interest is to reduce the size of the system while reducing heat losses.
  • the nitrogen gas at -195 ° C which escapes from the evaporation tank can be stored in a slightly pressurized nitrogen tank.
  • pressurized nitrogen gas is reintroduced into the cycle between exchanger 22 and chamber 1 to be re-liquefied.
  • the reservoir pressure is zero, its reintroduction into the system is stopped. This makes it possible to implement the system according to a discontinuous operation with appropriate production ranges that can limit heat losses.
  • liquid nitrogen preferably at -195 ° C and 1 bar, (the pressure and temperature in the tank may however be higher), is extracted from the tank 19 and then transferred by means of the pump 20 and via a pipe 35 into the exchanger 21 in which it is heated to 20 ° C, that is to say approximately to the ambient air temperature, and thus vaporized.
  • the pressure of the nitrogen rises to 200 bar, which allows to put the circuit under pressure at the start of the system.
  • the pressure is then kept constant by the transfer of the liquid nitrogen from the reservoir in the circuit as it is admitted into the chamber 1.
  • the nitrogen at 20 ° C and 200 bar is then conveyed inside the chamber 1 via a pipe 36 which opens into the orifice 23.
  • This pressure will preferably be between 100 and 700 bars.
  • the nitrogen may be reheated to between 100 ° C and 300 ° C or 500 ° C provided that the materials of which the chamber is made are suitably selected. A temperature of 20 ° C will however be sufficient.
  • the piston 3 is at its top dead center.
  • the valve 12 is closed and the valve 11 opens.
  • the nitrogen enters the chamber 1.
  • the valve 11 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 1 while the piston moves along the arrow A, then the nitrogen expands in part until at a pressure of about 10 to 30 bar.
  • the piston 1 is then moved along the arrow A to its bottom dead point.
  • the drive shaft 8 is then rotated.
  • Valve 12 opens.
  • the piston moves according to the arrow B to its top dead center discharging the nitrogen partially expanded chamber 1.
  • the piston 4 flows in a pipe 37 connected to the orifice 25.
  • the piston 4 is at its top dead center and the valves 13 and 14 are closed.
  • the valve 13 opens so that partially expanded nitrogen is introduced into the chamber 2.
  • the valve 13 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 2 while the piston moves according to the arrow A.
  • the nitrogen then relaxes a second time in the chamber 2.
  • the piston 4 then moves along the arrow A to its bottom dead point by driving the motor shaft in rotation.
  • the valve 14 opens.
  • the piston 4 moves in the direction of arrow B towards its top dead center, allowing the nitrogen to escape into the ambient air.
  • Phase separators make it possible to separate the cold water from the nitrogen at the outlet of the chambers 1 and 2.
  • This water is sent via lines 38, 39 into the exchanger 17.
  • the hot water and a hot fluid preferably between 0 and 250 ° C, such as for example air, exchange calories so that the water is warmed preferentially between 0 and 150 ° C before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 in the chambers 1, 2 when the nitrogen expands.
  • the detents are thus substantially isothermal which improves the efficiency. This warming during relaxation is optional.
  • the liquid nitrogen can be sent directly into the Chamber 1 by an injector and a high pressure pump for example as diesel is injected into the diesel engines.
  • a high pressure pump for example as diesel is injected into the diesel engines.
  • the liquid nitrogen is then vaporized in contact with the heating water injected into the chambers 1 and 2.
  • the amount water that will have to be injected into the chambers must be larger, especially at the time of injection, to both heat the liquid nitrogen, to cause its phase change and provide isothermal relaxation.
  • Nitrogen gas at 20 ° C. and 200 bar can be brought to a temperature of up to about 500 ° C. by a thermal energy produced for example from a source of fossil energy (for example by means of oil boiler), before entering room 1, and then reheated to 500 ° C before entering room 2 rather than injecting heating water into the rooms. In this way, the temperature and the pressure of the nitrogen at the exhaust, will be close to the ambient temperature.
  • the supply of thermal energy reduces the consumption of liquid nitrogen which increases the autonomy of a vehicle whose capacity of the liquid nitrogen tank is limited by the lack of available volume.
  • a mechanical system according to this embodiment can for example be installed to power a vehicle, such as a car.
  • the system In engine mode, the system is used to move the vehicle by exploiting the mechanical energy produced by consuming the nitrogen stored in the tank.
  • the system When the tank is empty, the system can be supplied with mechanical energy, for example by means of an electric motor or the like, in order to drive the drive shaft in rotation and to produce liquid nitrogen in order to store it in the tank.
  • the mechanical system according to the invention is therefore reversible.
  • the mechanical system When the mechanical system is installed to motorize a vehicle, it can be used to produce compressed air during the braking phases (see Figure 3). During the braking phases, the vehicle drives the motor shaft in rotation due to its inertia.
  • valve 14 When the cylinder 4 is driven to its bottom dead point, the valve 14 is closed and the valve 13 is opened so that ambient air at 25 ° C and 1 bar is admitted into the chamber 2 through the orifice 25 via a pipe 60.
  • the valves 13 and 14 are closed so that the air contained in the chamber 2 is compressed a first time.
  • the valve 14 is then opened so that the compressed air is conveyed into the chamber 1 via the orifice 26, a pipe 61 and the orifice 23.
  • the piston 3 is then at its top dead center, the valve 13 is open and the valve 14 is closed.
  • the piston 3 moves towards its bottom dead point so that the compressed air enters the chamber 1.
  • the valve 13 closes and the piston returns to its top dead center again compressing the air in the chamber 1.
  • the valve 14 opens to evacuate the air thus compressed to about 200 bar in a storage tank provided for this purpose. This pressure can rise up to 700 bar and the air temperature rise up to 150 ° C or 500 ° C, which will heat the rooms that can heat the nitrogen during a phase acceleration of the engine in the event that water is injected into the chambers.
  • Phase separators make it possible to separate the hot water from the air at the outlet of the chambers 1 and 2.
  • This water is sent via lines 38, 39 into the exchanger 18 in which it is optionally cooled in exchanging calories with a cold fluid preferentially between 0 and 20 ° C as air before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 into the chambers 1, 2 when the air is compressed therein .
  • the compressions are thus substantially isothermal which reduces the heating of the chambers during long braking.
  • This refresh during compressions is optional.
  • the compressed air thus obtained may be mixed with the compressed nitrogen and heated before being introduced into the chamber 1 in engine mode.
  • the braking also has the effect of heating the circuit water, which with a higher temperature, will increase the efficiency during the vaporization and expansion of the compressed nitrogen with water during the acceleration phase of the vehicle.
  • the mechanical system according to the invention can for example be used to produce electrical energy by exploiting the mechanical energy produced by consuming the liquid nitrogen to drive a current generator with the shaft.
  • the system in fixed station, can for example be implemented to produce electrical energy to power a house equipped with photovoltaic panels, especially when there is not enough sun to ensure the operation of them.
  • the electricity produced by the photovoltaic panels can be partly used to power an electric motor that drives the shaft in rotation to produce liquid nitrogen (system operating in generator mode).
  • the system will then "store" the electrical energy of the photovoltaic panels. Because of its reversibility, it will be in this case a means of storing renewable energy, in this case solar energy.
  • FIGS. 4 to 7 a second embodiment of a mechanical system according to the invention is presented.
  • such a system comprises a first chamber 1 and a second chamber 2.
  • the chambers are also called cylinders.
  • the first 1 and second 2 chambers each house a piston 3, 4.
  • Each piston 3, 4 is connected by means of a pivot connection to the head of a connecting rod 5, 6.
  • the foot of each connecting rod 5, 6 is connected by means of a pivot connection to a crankshaft 7 integral with a driving shaft 8.
  • the mechanical system further comprises a third chamber 40.
  • piston 4 is also housed in the third chamber 40. It is a double-acting piston.
  • the chambers 2 and 40 are thus delimited by a single envelope as well as by the piston 4.
  • the double-acting piston takes the advantage that the effort to compress one side of the piston in one of the chambers is in some cases produced by the expansion of a gas on the other side of the piston into the chamber. other room. This reduces friction and forces on the crankshaft.
  • the piston or double acting cylinder is however not necessary for the proper functioning of the system. Two single acting cylinders each containing a piston can be implemented in place of the cylinder and double acting piston. In this case, the system according to the invention will comprise three cylinders in total which may be arranged in rows for example.
  • the pistons 3, 4 are movably mounted in translation within their respective chambers 1, 2, 40 so that a displacement of the pistons 3, 4 inside the chambers 1, 2, 40 generates a drive in motion. crankshaft and motor shaft.
  • the pistons are therefore training means.
  • a driving movement of the motor shaft causes a displacement of the pistons 3, 4 in their respective chamber 1, 2, 40.
  • the movement of the motor shaft is rotatable.
  • the mechanical system comprises a pair of opposed two-cylinder flat, it being understood that the chambers 2 and 40 form a single cylinder. It may, however, include more than two cylinders.
  • the cylinders may be arranged otherwise than flat, for example V, line or other.
  • the cylinder assembly is of the reciprocating type, that is to say that a reciprocating linear movement of the pistons causes a rotary movement of the motor shaft.
  • the pistons may have a rotational movement generating a rotary movement of the motor shaft.
  • the entire crankshaft-crankshaft may not be implemented.
  • the pistons may for example be driven by a linear alternating electric motor or alternatively drive it. They can still be connected to a water pump or reversible hydraulic piston oil engine, mounted in line with the system. The pistons could then drive the hydraulic pump and alternatively the hydraulic pump could drive the pistons.
  • Each chamber 1, 2, 40 is closed by a yoke 9, 10, 41.
  • Each yoke 9, 10, 41 is traversed by at least two orifices 23, 24, 25, 26, 42, 43, each orifice housing a valve 11 , 12, 13, 14, 44, 45 movable between a closed position of the corresponding orifice and an open position of the corresponding orifice.
  • the system comprises means for controlling the displacement of the valves from one to the other of their positions. These means may for example include camshafts or electronic control means.
  • the mechanical system comprises means for reheating or cooling the contents of the first and second chambers.
  • These means comprise injection means such as injectors 15, 16 of a fluid such as water inside the chambers. They also include means 17 for heating and cooling 18 of the fluid.
  • the system comprises means 19 for storing a liquefied gas, such as a tank. In this embodiment, it is liquid nitrogen. It also comprises means for heating the liquid nitrogen as a heat exchanger 21.
  • the reservoir 19 and the heat exchanger 21 are connected by a pipe 35 on which are placed liquid nitrogen transfer means, as a pump 20.
  • a buffer tank could be placed between the pump 20 and the heat exchanger 21.
  • It also comprises other heating means such as an exchanger 22, an exchanger 46, and a heat exchanger 47, as well as a heat source HT at medium temperature.
  • the heat source comprises thermal energy storage means due to to solar radiation. These means comprise for example a parabola which makes it possible to concentrate the solar radiation on a heat storage means such as a ceramic accumulator.
  • Other sources of heat may be implemented such as for example a fossil or renewable energy boiler (such as wood) or means of recovery of industrial heat discharges. Certain industrial activities generate the production of heat that must be dissipated: this waste heat constitutes industrial heat discharges.
  • the system includes a plurality of conduits for circulating fluids. These pipes will be described in connection with the description of the operation of the system according to the invention.
  • the mechanical system according to the invention can operate in two modes:
  • a starter rotates the motor shaft 8 to start the mechanical system.
  • the starter may for example be a simple pressure air tank coupled to a two-position control system, one for stopping the engine and the other for its start by exerting a pressure force on the at least one piston.
  • the piston 4 is initially located near the cylinder head 10.
  • the valve 14 is closed and the valve 13 is open.
  • the piston is moved according to the arrow A due to the rotation of the motor shaft.
  • Nitrogen in the gaseous state circulating at about 20 ° C. and 1 bar in lines 27, 28 is then admitted through the orifice 25 in the chamber 2.
  • the nitrogen gas admitted into the chamber 2 may have a pressure between 0 and 40 bar and a temperature between - 40 ° C and 50 ° C.
  • the valve 13 closes and the piston 4 is moved along the arrow B.
  • the nitrogen in the gaseous state contained in the chamber 2 is compressed there.
  • the valve 14 is then opened to evacuate the gaseous nitrogen at 20 ° C compressed to 5 bar.
  • This temperature may be between -40 ° C and 40 ° C, and this pressure between 1 and 40 bar. This is partly conveyed via a pipe 48 in the exchanger 46 inside which it is preheated by the exhaust gases coming from the chamber 40. The nitrogen in the gaseous state at 5 bar and 200 Approximately ° C is conveyed via a pipe 49 into the exchanger 47 in which it is heated to 500 ° C. This temperature may be between 150 and 600 ° in particular depending on the resistance of the materials of the chamber and the heat source used. In this embodiment, the exchanger 47 makes it possible to transmit the heat of a heated fluid to the nitrogen in contact with the heat accumulator itself heated by solar radiation or by another heat source. The gaseous nitrogen at 5 bar heated to 500 ° C.
  • piston 4 is then conveyed via a pipe 50 into the chamber 40 through the orifice 43, the valve 45 being open, the valve 44 closed and the piston 4 at its top dead center near its cylinder head 41.
  • piston 4 double effect, it has a high port point near the cylinder head 10 and a bottom dead center away from the cylinder head 10 in its role piston member inside the second chamber 2. It has a high port point near the cylinder head 41 and a bottom dead center remote from the cylinder head 41 as it acts as a piston inside the third chamber 40.
  • the nitrogen gas enters the chamber 40. When a sufficient amount of nitrogen has been introduced into the chamber 40 as the piston 4 moves along the arrow B, the valve 45 closes.
  • the nitrogen then relaxes inside the chamber 40 inducing a continuous displacement of the piston 4 according to the arrow B towards its low dead point near the cylinder head 10.
  • the drive shaft is thus rotated.
  • the valve 44 opens and the piston 4 is moved according to the arrow A towards its dead position near the cylinder head 41.
  • the nitrogen at 200 ° C. and about 1 bar is then discharged from the chamber 40 via the orifice 42. and fed into a pipe 51 opening into the exchanger 46.
  • the values of this temperature and this pressure depend on the values of temperature and pressure of the nitrogen during admission into the chamber 40.
  • the ratio of the pressure of the nitrogen before expansion and after expansion is equal to 5 (the value of this ratio can of course be different from 5) and that the temperature of the nitrogen at the inlet is equal to 500 ° C, the temperature of the expanded nitrogen equals about 200 ° C. If the value of this pressure ratio is higher, then the temperature of the expanded nitrogen will be lower.
  • the heating of the nitrogen in the exchanger 46 is optional. Nitrogen at approximately 200 ° C. transmits its heat to the compressed nitrogen coming from chamber 2. The nitrogen coming from exchanger 46 is then reintroduced into chamber 2 with new nitrogen so as to compensate the production of liquefied nitrogen that joins the reservoir in the following description.
  • Part of the gaseous nitrogen at 20 ° C and 5 bar evacuated from the chamber 2 is conveyed via the pipe 29 into the exchanger 22 in which it is cooled.
  • Nitrogen at about 5 bar and about -170 ° C. then circulates in line 30.
  • This temperature may preferably be between -200 ° C. and -50 ° C. At the start of the system, this temperature will obviously be higher, and will gradually decrease. Higher pressure on admission to chamber 2, and a higher ratio between pressure before and after compression in chamber 2, will lead to increased productivity.
  • the piston 3 is then at its top dead center in which it is close to its cylinder head 9.
  • the valve 11 is open and the valve 12 is closed.
  • the compressed nitrogen gas is then introduced into the chamber 1.
  • the valve 11 closes.
  • the gaseous compressed and cooled nitrogen relaxes inside the chamber 1 where a portion liquefies while the piston moves along the arrow A to its bottom dead point.
  • the valve 12 opens while the piston 3 moves along the arrow B to its high port point.
  • the mixture of non-liquefied nitrogen gas and liquid nitrogen at about -195 ° C and 1 bar is then removed from the chamber 1. If this exhaust pressure is 1 bar, the temperature will necessarily be equal to -195. ° C since it is the vaporization temperature of the liquid nitrogen, the vaporization limiting the temperature drop.
  • a phase separator separates liquid nitrogen from nitrogen gas.
  • the liquid nitrogen (approximately 10% of the total mass) is conveyed into the tank 19 via a pipe 31.
  • the nitrogen gas is introduced into the exchanger 22 via a pipe 32 to cool the nitrogen in the compressed gaseous state. from room 2.
  • a phase separator (not shown) separates the hot water from the compressed nitrogen at the outlet of the chamber 2. This water is sent via a pipe 33 into the exchanger 18 in which it is cooled before being injected by means of a pump 34 and the injector 15 into the chamber 2 during compression.
  • the compression is thus substantially isothermal which improves the efficiency. This cooling during compression is optional.
  • the hot water coming from the compression inside the chamber 2 may alternatively or additionally be recovered for another use. It may for example supply the heating floor of a building as a dwelling unit to provide heating thereof. This may for example be the case when one produces liquid nitrogen for a vehicle during the night with the electrical energy of the network for example.
  • the cycles inside chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce liquid nitrogen and store it, in this embodiment from solar energy.
  • the system according to the invention is therefore a system for producing and storing renewable energy, in this case liquid nitrogen. Mechanical energy is also produced, which can be recovered at the motor shaft which is rotated.
  • valves 11 and 12 may be kept open and all the compressed air or nitrogen coming from the chamber 2 conveyed towards the chamber 40.
  • the The system will not produce liquid nitrogen but only mechanical energy that can be recovered from the motor shaft from solar energy when the solar radiation is used as a heat source ( or any other heat source sufficient, preferably between 150 and about 250 ° C, such as industrial heat discharges).
  • air can be admitted into the chamber 2 and then recovered in the compressed state at the outlet thereof.
  • the system can thus be used to produce compressed air rather than liquid nitrogen.
  • valves 44 and 45 may be kept open and the compressed nitrogen coming from the chamber 2 conveyed in its entirety to the exchanger 22.
  • the exchangers 46 and 47 will then be inactive.
  • the liquid nitrogen can be produced by animating the system by transmitting mechanical energy to the motor shaft to drive it in rotation, for example by means of an electric motor. This can, for example, make it possible to produce liquid nitrogen from another source of energy, such as wind energy, while the solar radiation is too weak to animate the system.
  • liquid nitrogen at -195 ° and 1 bar (the temperature of the liquid nitrogen may be higher if the pressure in the tank is higher, for example between -195 ° C and + 20 ° C, and the pressure may be between 1 and 700 bar), is removed from the reservoir 19 and then transferred by means of the pump 20 and a pipe 35 in the exchanger 21 wherein it is warmed to 20 ° C. Under the effect of its heating, the nitrogen vaporizes and its pressure rises to at least 200 bar. The heating of the nitrogen makes it possible to put the circuit under pressure.
  • the nitrogen at 20 ° C and 200 bar (the pressure can go up to 700 bar and the temperature up to 600 ° C depending on the resistance of the materials used) is then conveyed inside the chamber 1 via a pipe 36 which opens into the orifice 23.
  • the valves 44, 45 are open continuously and the corresponding ports connected to any pipe.
  • the piston 3 is at its high port point.
  • the valve 12 is closed and the valve 11 opens.
  • the nitrogen enters the chamber 1.
  • the valve 11 closes. Nitrogen then relaxes in part.
  • the piston 3 is then moved along the arrow A towards its bottom dead point.
  • the drive shaft 8 is then rotated. Valve 12 opens.
  • the piston moves according to the arrow B to its top dead center discharging the nitrogen partially expanded chamber 1. It flows in a pipe 37 connected to the orifice 25.
  • the piston 4 is at its dead point at near the cylinder head 10 and the valves 13 and 14 are closed.
  • the valve 13 opens and the nitrogen enters the chamber 2.
  • the valve 13 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 2 during the displacement of the piston and the nitrogen then relaxes a second time in the chamber 2.
  • the piston 4 then moves along the arrow A to its dead point away from the cylinder head 10 driving the motor shaft in rotation.
  • the valve 14 opens.
  • the piston 4 moves according to the arrow B to its dead point near the cylinder head 10 letting nitrogen escape into the ambient air.
  • Phase separators make it possible to separate the cold water from the nitrogen at the outlet of the chambers 1 and 2.
  • This water is sent via lines 38, 39 in the exchanger 17.
  • the cold water and a hot fluid preferentially between 0 and 250 ° C as air exchange calories so that the water is heated before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 in the chambers 1, 2 when the nitrogen 'relaxes there.
  • the warming of the water can also be realized by means of a solar thermal panel.
  • the detents are thus substantially isothermal which improves the efficiency. This warming during relaxation is optional.
  • the liquid nitrogen can be sent directly into the chamber 1 by an injector and a high pressure pump for example as the diesel is injected into the diesel engines. This avoids the use of the exchanger 21 to heat the nitrogen, the liquid nitrogen is then vaporized in contact with the heating water injected into the chambers 1 and 2. In counterpart, the amount water that will have to be injected into the chambers will have to be larger to allow both to heat the liquid nitrogen, to generate its phase change and to provide isothermal expansion.
  • Nitrogen gas at 20 ° C and 200 bar can be heated to a temperature of up to about 500 ° C by a thermal energy produced for example from a source of energy of fossil nature (for example by means of oil boiler), before entering room 1, and then reheated to 500 ° C before entering room 2 rather than injecting heating water into the rooms. This may for example be the case when in the system will be mounted on an automobile or a ship to improve the autonomy of liquid nitrogen.
  • a thermal energy produced for example from a source of energy of fossil nature for example by means of oil boiler
  • This compression must be carried out slowly so that it is isothermal, that is to say at a temperature close to about -80 ° C.
  • the pump 20 circulates the nitrogen in a coil 54 placed in the peripheral envelope of the chamber 40 and in its cylinder head 41. The purpose is to heat the liquid nitrogen to a temperature close to -80 ° C. (indicative value) as much as compressing the air to a temperature close to -80 ° C.
  • preheating the liquid nitrogen by exploiting the compression implemented in the chamber 40 by reducing the need for ambient hot air, and - recovering about 10% of additional mechanical energy by the expansion of the air at 10 to 25 bar and 20 ° C expanded by the ambient air after cold compression in contact with the coil 54 where circulates the liquid nitrogen. 6.3.3. Examples of uses
  • a mechanical system can for example be used to produce electrical energy by exploiting the mechanical energy produced to drive with the motor shaft a current generator.
  • the motor shaft can drive a current generator in motion to produce electricity. Electricity can be produced in near autonomy.
  • solar radiation is sufficient, it is possible on the one hand to produce current by driving a generator with the motor shaft, and on the other hand to produce liquid nitrogen.
  • the solar radiation is too weak to animate the mechanical system, it is possible to produce electricity by driving a generator with the motor shaft, which is set in motion thanks to the thermal energy stored in the thermal capacity then in drawing liquid nitrogen into the tank.
  • the heat necessary for the implementation of the system can be produced from fossil energy or other.
  • the heat produced may be taken to heat a house from fossil or renewable energy (such as wood).
  • the electrical energy produced by means of a system according to the invention may be used to power a house particularly in the case where photovoltaic panels would be insufficient, especially in winter.
  • a system according to the invention can also be used to inject electrical energy into the electrical network to overcome a failure of the network.
  • the system can be installed in cogeneration for heating a house together with other sources of energy such as photovoltaic panels placed on the roof of the house.
  • the system can be driven by an electric motor powered by excess electricity produced from the photovoltaic panels for the purpose of producing liquid nitrogen which is stored in a tank.
  • the system can draw a quantity of heat through the heat exchanger to drive the system to produce electricity that is directly consumed or injected into the grid. and / or to produce liquid nitrogen which is stored in a tank.
  • the system can be fed with the previously produced liquid nitrogen to generate electrical energy.
  • Liquid nitrogen can also be used to fill the tank of a car running on liquid nitrogen.
  • a mechanical system according to this embodiment can for example be installed on a motor vehicle, such as a car.
  • the system In engine mode, the system is used to move the vehicle by exploiting the mechanical energy produced by consuming the nitrogen stored in the tank.
  • the system can be supplied with mechanical energy, for example by means of an electric motor or other or by exploiting fossil energies, the solar radiation with the chamber 40 (in the case of solar, the system will be rather stationary), to rotate the motor shaft and produce liquid nitrogen for storage in the tank.
  • the mechanical system according to the invention is therefore reversible.
  • the electrical energy required to supply the system to produce liquid nitrogen may for example be produced by means of photovoltaic solar panels placed on the roof of a house or other.
  • the heat produced by heating a building can be used as a source of heat to power the system to produce liquid nitrogen and / or electricity.
  • the hot water generated during the compression can be recovered to heat a building by circulating through a floor heating or low temperature radiators for example.
  • the mechanical system When the mechanical system will be installed to motorize a vehicle, it may allow to produce compressed air during the braking phases.
  • the vehicle drives the motor shaft in rotation due to its inertia.
  • the valves 44 and 45 are kept open and the corresponding orifices are not connected to any intake duct and exhaust.
  • the valve 14 When the cylinder 4 is driven towards its dead point remote from the cylinder head 10, the valve 14 is closed and the valve 13 is opened so that ambient air at 25 ° C. and 1 bar is admitted into the chamber 2 through of the orifice 25 via a pipe 60.
  • the valves 13 and 14 When the piston returns to its dead position near the cylinder head 10, the valves 13 and 14 are closed so that the air contained in the chamber 2 is compressed.
  • the valve 14 is opened so that the compressed air is conveyed into the chamber 1 via the orifice 26, a pipe 61 and the orifice 23.
  • the piston 3 is then at its top dead center, the valve 13 is open and the valve 14 is closed.
  • the piston 3 moves towards its bottom dead point so that the compressed air enters the chamber 1.
  • the valve 13 closes and the piston returns to its top dead center again compressing the air in the chamber 1.
  • the valve 14 opens to evacuate the air thus compressed to about 200 bar in a storage tank provided for this purpose.
  • phase separators make it possible to separate the water from the air at the outlet of chambers 1 and 2.
  • This water is sent via pipelines 38, 39 in the exchanger 18 in which it is optionally cooled before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 into the chambers 1, 2 when the air is compressed therein.
  • This refresh during compressions is optional.
  • the compressed air thus obtained may be mixed with the compressed nitrogen and heated before being introduced into the chamber 1 in engine mode.
  • the hot water produced during compression can be stored for injection into the chambers during engine mode acceleration to warm the nitrogen as it relaxes.
  • the energy recovery is in thermal (hot water tank) and pneumatic (compressed air tank) form.
  • At least one of the two or three chambers is variable displacement.
  • means can be implemented to vary the cubic capacity, that is to say the volume, of at least one of the chambers.
  • FIGS. 8, 9, 10 and 11 one example of a mechanism that can be implemented to enable the displacement of a chamber to be varied is presented.
  • crankshaft 100 is connected to the base of a connecting rod 101 by means of a pivot connection.
  • the head of the rod 101 is connected by means of a pivot connection at the end of a rocker 102.
  • the other end of the rocker 102 is connected by means of a pivot connection at the foot of a rod 103.
  • the head of the connecting rod 103 is connected by a connection to the piston 104.
  • the piston 104 is mounted to move in translation inside a chamber 105.
  • a first slide 106 is mounted to move in translation along the rocker 102.
  • slider 106 is connected to a second slider 107 by means of a pivot connection whose axis is perpendicular to the longitudinal axis of the rocker 102 and perpendicular to the axis in which the piston 104 is translated inside the chamber 105.
  • the second slider 107 is mounted to move in translation along a rail 108 whose longitudinal axis is inclined with respect to the axis along which the piston 104 translates into the interior of the chamber 105.
  • An actuator (not shown), such as a cylinder , makes it possible to act on the second slider 107 to move it along the rail 108 in one direction or the other. It is thus possible to move the axis of rotation of the rocker 102 closer to or away from the axis of displacement of the piston 104.
  • the first slider 102 occupies a position in which it is close to the axis of displacement of the piston 104.
  • the axis of rotation of the rocker 102 is thus close to the axis of displacement of the piston 104
  • the stroke dp of the piston 104 inside the chamber 105 is small.
  • the displacement of the chamber 105 is then reduced.
  • the first slider 102 occupies a position in which it is further away from the axis of displacement of the piston 104.
  • the axis of rotation of the rocker 102 is therefore further from the axis of displacement of the piston 104.
  • the stroke dp of the piston 104 inside the chamber 105 is larger.
  • the displacement of the chamber 105 is then increased.
  • the compressed nitrogen in one of the chambers is sent partly into the engine cylinder, the other being sent into the chamber inside the chamber. which nitrogen is liquefied.
  • the third cylinder is not used as a motor, but the system is implemented by means of an electric motor connected to the crankshaft, all the compressed nitrogen in the chamber where the compression takes place can be sent into the chamber where the liquefaction takes place by increasing the displacement of the latter through the device.
  • it is necessary to reduce the production of compressed nitrogen by controlling the valves, for example by means of an electronic control, by supplying air to the chamber in which the compression occurs every other turn, for example, not to produce the portion of compressed nitrogen that would go into the engine cylinder.
  • the third chamber when used as a motor to animate the system using a hot source such as solar radiation to heat the nitrogen gas injected into this chamber, it can complement feed animated with other drive means such as for example an electric motor connected to the crankshaft and adjust the cubic capacity of the third chamber to maintain the same level of productivity of liquid nitrogen regardless of sunlight.
  • a hot source such as solar radiation
  • other drive means such as for example an electric motor connected to the crankshaft and adjust the cubic capacity of the third chamber to maintain the same level of productivity of liquid nitrogen regardless of sunlight.
  • the displacement of the chamber in which the first expansion takes place can be reduced in order to reduce the piston speed, which makes it possible to reduce the wear of the seals in particular.
  • the system includes three chambers, partially expanded nitrogen from a first chamber can be sent partly into a second chamber and partly into a third chamber. This makes it possible to temporarily double, if necessary, the power of the system according to the invention in motor mode.
  • the third chamber is not used as an air compressor to preheat the liquid nitrogen and the displacement of the first chamber where the first expansion takes place is increased so as to be able to feed the other two chambers at the same time. second relaxation.
  • variable displacement can also make it possible to turn the crankshaft according to a constant frequency whatever the load. This is interesting when one produces electricity with solar energy for example which is of a variable intensity in that it allows to generate current at a desired frequency without it being necessary to put in electronic systems for that.
  • variable displacement can also make it easier to transform the system according to the invention into a heat pump which self-feeds mechanically.
  • heat pump mode as in the three chamber liquid nitrogen generator mode, air is compressed in the second chamber.
  • the hot water produced in parallel inside this second chamber, which is heated by compression at a constant temperature of 30 ° C for example, may in all or part be used for feeding a floor heating for example .
  • a part of the compressed air in the second chamber is heated by a heat source at about 500 ° C and feeds the third chamber which acts as a motor, while another part of the compressed air in the second chamber is relaxed cold directly in the first chamber, without going through the exchanger, but being heated during the relaxation in this first chamber by a very cold fluid (-20 ° C to -80 ° C) that is warmed, after recovery, by drawing the calories outside through an exchanger, for example by the outside ambient air, to be reinjected again in the second bedroom.
  • a very cold fluid 20 ° C to -80 ° C
  • This implementation can thus produce 2 to 3 times more heat than the system consumes, the other part of the heat being drawn from the low temperature calories outside the system.
  • the system according to the invention when it is thus used as a heat pump, may be alternately or complementarily driven by motor means, such as an electric motor or the like, connected to the crankshaft.
  • the chamber in which the expansion takes place must have a displacement that is almost as large as the chamber in which the compression takes place because the system operating as a heat pump consumes little heat. energy so that there is no need to send a lot of hot air into the chamber acting as a motor, and because the trigger is at a higher temperature than in generator mode. liquid nitrogen which allows to increase its volume.
  • each chamber-piston assembly is used to the best of its ability without the parts being over dimensioned. This makes it possible to have a powerful and powerful liquid nitrogen engine, a powerful heat pump, an optimized liquid nitrogen generator.
  • a system according to the invention is therefore very versatile which reduces the cost of its development and use.

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Abstract

Système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide ledit système pouvant fonctionner selon un mode générateur d'azote liquide pour produire et stocker de l'azote liquide, et un mode moteur pour produire de l'énergie mécanique à partir de l'azote liquide préalablement stocké.

Description

Système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la réalisation des dispositifs moteurs destinés à être mis en œuvre pour produire de l'énergie mécanique à partir d'une source d'énergie autre, et de celui des dispositifs générateurs destinés à être mis en œuvre pour produire une source d'énergie à partir d'une source d'énergie autre.
L'invention concerne également les procédés de production d'énergie mécanique et de production de sources d'énergies.
L'invention concerne notamment une technique de production, d'utilisation et plus généralement de stockage thermodynamique d'énergies renouvelables ou autres.
En particulier, l'invention concerne un système ou dispositif permettant de produire de l'azote liquide puis de générer de l'énergie mécanique à partie de l'azote liquide préalablement produit.
2. Art antérieur et ses inconvénients
Des dispositifs moteurs sont couramment mis en œuvre pour animer d'autres dispositifs.
Les véhicules automobiles sont ainsi par exemple équipés d'un moteur qui, en consommant une source d'énergie, généralement du gasoil ou de l'essence, produit de l'énergie mécanique transmise aux roues par une transmission adaptée afin de mouvoir le véhicule.
Les installations de production de courant électrique sont par ailleurs généralement équipées d'une turbine qui, en consommant une source d'énergie, entraine le rotor d'un générateur pour produire du courant électrique.
Beaucoup d'équipements animés par des dispositifs moteurs sont dotés de moyens de stockage de la source d'énergie nécessaire à la mise en œuvre de ces dispositifs moteurs. Le dispositif moteur puise dans cette réserve la source d'énergie nécessaire à son fonctionnement. A mesure que le moteur fonctionne, cette réserve en source d'énergie diminue jusqu'à s'épuiser. Il est alors nécessaire de remplir de nouveau les moyens de stockage. La source d'énergie en question n'est toutefois pas toujours disponible sur le lieu où se trouve les moyens de stockage ce qui complique le remplissage de ceux-ci.
En outre, nombreux sont les dispositifs moteurs qui, pour fonctionner, consomment des énergies fossiles. L'utilisation des énergies fossiles n'est pas neutre sur le plan environnemental non seulement du fait qu'elles ne sont pas inépuisables, mais également du fait que leurs consommations, généralement par combustion, induit le dégagement dans l'atmosphère de gaz polluants et autres particules pouvant participer au réchauffement climatique et/ou avoir une incidence négative sur les espèces vivantes. En outre, les réserves en énergies fossiles, du fait qu'elles ne sont pas inépuisables, tendent à diminuer ce qui induit mécaniquement une hausse de leur coût. Par conséquent, la nécessité d'identifier et d'exploiter d'autres formes d'énergies se fait de plus en plus pressante.
Par ailleurs, de nombreuses activités humaines engendrent une consommation en énergie électrique qui ne cesse de croître. L'énergie électrique est en majeure partie produite à partir d'énergie nucléaire ou d'énergie fossile. La production d'énergie électrique par ces filières n'étant pas neutre sur le plan environnemental, d'autres voies ont été envisagées. On observe ainsi le développement des techniques de production d'énergie électrique par les filières éolienne et solaire, qui exploitent respectivement le vent et le rayonnement solaire pour produire de l'électricité.
Les filières éolienne et solaire offrent une alternative avantageuse aux filières nucléaire et fossile en ce que leur impact sur l'environnement est très faible. Elles recourent en effet à des énergies renouvelables et leur mise en œuvre n'induit pas de dégagement de polluants dans l'environnement. Toutefois, lorsque le vent ou le rayonnement solaire est faible ou nul, la production d'électricité par ces filières l'est également. Les techniques de production d'électricité par ces filières présentent ainsi les inconvénients d'avoir un faible taux de fonctionnement annuel et d'avoir un fonctionnement plutôt aléatoire. On estime que le taux de fonctionnement moyen annuel des installations de production d'électricité par ces filières éolienne et solaire est réduit à environ 1000 à 2500 heures.
Afin d'augmenter le taux de fonctionnement des centrales solaires thermodynamiques de production d'électricité, les centrales solaires thermodynamiques avec capacité de stockage thermique sous forme de sel fondue on notamment été développées. Les centrales de ce type permettent de stocker de l'énergie thermique émise par les rayonnements solaires durant une courte période de quelques heures, ce qui permet d'augmenter leur taux de fonctionnement jusqu'à 6000 heures dans l'année dans des régions appropriées. L'inconvénient des centrales de ce type est que l'énergie thermique stockée se perd relativement vite tant par rayonnement que par convection thermique. Pour obtenir un bon rendement, il faut utiliser des sels à changement de phases basse température (entre 400 et 500°C). Ceux-ci sont toutefois facilement inflammables. Les centrales solaires thermodynamiques avec capacité de stockage sèche, telle que les céramiques à 1000°C, permettent également d'augmenter le taux de fonctionnement. Les capacités de ce type occupent davantage de volume et occasionnent davantage de pertes thermiques. Ces centrales ne fonctionnent correctement que dans des régions où l'ensoleillement direct est élevé.
Le fonctionnement des techniques de production d'électricité par les filières solaire et éolienne dépend des conditions climatiques. Ainsi, au cours des périodes très ventées ou très ensoleillées, la production d'électricité est très importante alors qu'elle est très faible en l'absence de vent et de soleil. Le fonctionnement de ces techniques de production d'électricité est donc très aléatoire, c'est-à-dire discontinu.
Au cours des périodes très ventées ou très ensoleillées, la production d'électricité est très importante. Elles génèrent alors une puissance de crête élevée, pour un taux de fonctionnement faible, si bien qu'elles exercent une pression sur le réseau électrique. Le fonctionnement très aléatoire des ces techniques de production d'électricité imposerait de stocker l'électricité produite dans une quantité supérieure à la demande au cours des périodes fortement ensoleillées ou ventées pour que celle-ci puisse être consommée pendant les périodes au cours desquelles la production est inférieure à la demande. Ce stockage est toutefois difficile et coûteux à la fois en rendement, en infrastructure et/ou en matériaux (batterie).
Une alternative au stockage consiste à acheminer la part de l'électricité produite qui ne peut pas être consommée à proximité de son lieu de production dans des zones nécessitant un apport en énergie. Ceci suppose de mettre en œuvre un réseau d'acheminement de l'énergie excédentaire produite, ce qui représente un poste de coût non négligeable.
L'introduction des énergies renouvelables dans le réseau électrique implique donc la mise en œuvre d'un réseau d'acheminement, de moyens de stockage et d'approvisionnement adaptés et coûteux. Ceci tend à limiter le développement des techniques de production d'électricité impliquant le recours à des énergies renouvelables.
Il existe donc un besoin en identification et exploitation de sources d'énergies renouvelables alternatives par exemple pour produire de l'énergie mécanique et/ou de l'électricité, ainsi qu'un besoin en solution de stockage et de distribution de ces énergies renouvelables.
Au rang de ces énergies renouvelables figure notamment l'azote liquide qui présente l'avantage de pouvoir être produit à l'infini à partir de l'air ambiant comparativement à des batteries par exemples qui nécessitent des métaux plus ou moins rares. L'azote liquide présente, pour un volume sensiblement égale à celui de batteries produisant environ 100 à 200 watt/kilo, la particularité de pouvoir être stocker dans des réservoirs économiques plusieurs mois avec peu de perte.
3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire de l'énergie mécanique à partir d'un gaz liquéfié et alternativement de produire ce gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en œuvre un tel système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire ce gaz liquéfié à partir d'énergie renouvelable ou d'énergie autre.
L'invention a encore pour objectif de procurer une tel système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire de l'énergie mécanique et/ou électrique de manière quasi autonome à partir d'énergies renouvelables ou autre.
Un autre objectif de l'invention est de proposer un tel système qui soit simple à mettre en œuvre et/ou compact et/ou économique et/ou simple de conception et/ou écologique.
4. Exposé de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide, ledit système comprenant au moins :
un premier piston monté mobile à l'intérieur d'une première chambre munie de premiers moyens d ' admission et de premiers moyens d'échappement ;
un deuxième piston monté mobile à l'intérieur d'une deuxième chambre munie de deuxièmes moyens d'admission et de deuxièmes moyens d'échappement ;
des moyens de pilotage desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et desdits premiers et deuxièmes moyens d'échappement ; des moyens d'échange de chaleur ;
des moyens de stockage d'azote liquide ;
des moyens moteurs reliés auxdits premier et deuxième pistons ; ledit système étant configuré pour fonctionner selon au moins deux modes :
un mode générateur d'azote liquide dans lequel :
lesdits deuxièmes moyens d'admission sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote gazeux,
lesdits deuxièmes moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote comprimé,
lesdits moyens d'évacuation d'azote comprimé sont reliés auxdits moyens d' échange de chaleur puis auxdits premiers moyens d'admission,
lesdits premiers moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote liquide débouchant dans lesdits moyens de stockage d'azote liquide et à des moyens d'acheminement d'azote non liquéfié débouchant dans lesdits moyens d'échange de chaleur avec ledit azote comprimé,
lesdits moyens moteurs étant configurés pour entraîner lesdits premier et deuxième pistons en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre puis détendre dans ladite première chambre, l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage ;
un mode moteur dans lequel :
lesdits premiers moyens d'admission sont reliés à des moyens d'acheminement de l'azote contenu dans lesdits moyens de stockage, les premiers moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu, lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu sont reliés auxdits deuxièmes moyens d'admission, lesdits deuxièmes moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote davantage détendu,
lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre puis dans ladite deuxième chambre. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à procurer un système mécanique pouvant selon un mode de fonctionnement être mis en mouvement en lui transmettant de l'énergie mécanique produite par exemple à partir d'électricité, de fuel, de gaz, du rayonnement solaire ou de la force du vent, produire de l'azote liquide, et dans un autre mode de fonctionnement de produire de l'énergie mécanique en consommant l'azote liquide précédemment produit.
La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique.
Elle propose ainsi un système permettant de produire et de stocker de l'énergie renouvelable de façon économique.
Plus particulièrement, le système selon l'invention présente une structure comprenant au moins deux ensembles chemise-piston, c'est-à-dire deux chemises logeant chacune un piston monté mobile, qui ont la particularité de fonctionner de la manière suivante :
en mode générateur d'azote liquide, un ensemble chemise-piston fonctionne en tant que compresseur pour comprimer de l'azote gazeux alors que l'autre fonctionne en tant que détendeur pour détendre l'azote gazeux comprimé provenant du premier ensemble chemise- piston afin de produire de l'azote liquide dans ce deuxième ensemble chemise-piston qui est en suite stocké dans des moyens prévus à cet effet ;
en mode moteur, les deux ensembles chemise-piston fonctionnent en tant que détendeur, l'azote liquide stocké est introduit dans un premier ensemble chemise-piston à l'intérieur duquel il se détend au moins en partie avant d'être acheminé dans le deuxième ensemble chemise- piston dans lequel il est détendu d'avantage.
Il est en outre prévu, en mode générateur d'azote liquide, que des moyens d'échange de chaleur soient mis en œuvre afin qu'au moins une partie de l'azote non liquéfié provenant de la chambre de détente échange des calories avec l'azote comprimé provenant de la chambre de compression afin d'abaisser la température de celui-ci.
Selon une caractéristique préférentielle, lesdits premiers moyens d'admission et premiers moyens d'échappement sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits deuxièmes moyens d'admission et deuxièmes moyens d'échappement sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits moyens de pilotage étant configuré pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et desdits premiers et deuxièmes moyens d'échappement de ladite position d'ouverture à ladite position d'obturation,
en mode générateur, lesdits moyens moteurs étant configurés pour entraîner lesdits premier et deuxième pistons en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre puis détendre dans ladite première chambre, l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage ;
en mode moteur, lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre puis dans ladite deuxième chambre.
Selon une autre caractéristique préférentielle, lesdits premier et deuxième pistons sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston est déplacé vers son point mort haut pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre, puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'échappement dans leur position d'ouverture pour permettre l'acheminement dudit azote gazeux comprimé vers lesdits premiers moyens d'admission, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits premier moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre ledit azote gazeux comprimé, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre ledit azote liquide et ledit azote non liquéfié.
Un système selon l'invention peut ainsi être utilisé pour produire et stocker de l'azote liquide en étant animé par des moyens moteurs comme par exemple un moteur électrique, à moteur à essence, au fioul, à gaz ou à vent... Selon une autre caractéristique préférentielle, lesdits premier et deuxième pistons sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteur et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode moteur, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre ledit azote provenant desdits moyens de stockage, puis pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite première chambre et induire le déplacement dudit premier piston vers son point mort bas, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre ledit azote en partie détendu vers lesdits deuxièmes moyens d'admission, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission dans ladite position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement dans ladite position d'obturation lorsque ledit deuxième piston de déplace vers son point mort bas pour admettre dans ladite deuxième chambre ledit azote en partie détendu dans ladite première chambre, puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite deuxième chambre et induire le déplacement dudit deuxième piston vers son point mort bas, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit deuxième piston se déplace vers son point mort haut pour évacuer de ladite deuxième chambre ledit azote d'avantage détendu.
Un système selon l'invention peut ainsi être utilisé pour produire de l'énergie mécanique en consommant l'azote liquide préalablement produit en mode générateur. L'énergie mécanique ainsi produite pourra par exemple être utilisée pour entraîner en mouvement un générateur de courant ou permettre le déplacement d'un véhicule...
Selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens moteurs comprennent :
un troisième piston monté mobile à l'intérieur d'une troisième chambre munie de troisièmes moyens d' admission ou d' échappement et de quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement, lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement étant montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation,
et des moyens de pilotage du déplacement desdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement,
et en ce qu'en mode générateur :
lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux comprimé sont en outre reliés à des moyens de réchauffage dudit azote gazeux comprimé,
des moyens d'acheminement dudit azote gazeux comprimé réchauffé provenant desdits moyens de réchauffage sont reliés auxdits troisièmes moyens d'admission,
lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission et d'échappement pour entraîner en mouvement ledit troisième piston à l'intérieur de ladite troisième chambre sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite troisième chambre, et ainsi produire de l'énergie mécanique transmise auxdits premier et deuxième pistons pour les entraîner en mouvement dans lesdites première et deuxième chambres.
Ainsi, il est possible de réchauffer, par exemple avec le rayonnement solaire, une partie de l'azote gazeux comprimé provenant du deuxième ensemble chemise-piston puis de l'acheminer dans le troisième ensemble chemise-piston à l'intérieur duquel il se détend pour produire de l'énergie mécanique employé pour animer le système.
Dans ce cas, et selon une caractéristique préférentielle, ledit troisième piston est monté mobile à l'intérieur de ladite troisième chambre entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits quatrièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre ledit azote gazeux réchauffé, puis pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits quatrièmes moyens d'échappement en position d'obturation afin que ledit azote se détende à l'intérieur de ladite troisième chambre en entraînant ledit troisième piston vers son point mort bas et lesdits premier et deuxième piston en mouvement respectivement dans lesdites première et deuxième chambres, pour placer lesdits cinquièmes moyens d'échappement en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite troisième chambre l'azote détendu.
Un système selon l'invention peut ainsi être animé au moyen du troisième ensemble chemise-piston.
Selon une autre caractéristique préférentielle, ledit deuxième et ledit troisième pistons constituent un unique piston à double effet, lesdites deuxième et troisième chambres étant délimitées par une unique enveloppe et ledit piston à double effet.
Selon une caractéristique préférentielle, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit azote gazeux comprimé.
La source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique peut ainsi être constituée par le rayonnement solaire. Le système peut ainsi être animé à partir de l'énergie solaire pour produire en mode générateur du gaz liquide.
Dans ce cas, un système selon l'invention comprend préférentiellement des moyens d'accumulation de ladite énergie thermique.
Il est ainsi possible de stocker de l'énergie thermique provenant du rayonnement solaire afin de le restituer progressivement y compris lorsque le rayonnement solaire devient faible ou nul notamment durant la nuit. Il est possible d'assurer la continuité de production d'énergie électrique par exemple sur une année entière à partir d'énergie solaire en palliant le manque de soleil d'abord avec la capacité thermique (périodes courtes) puis avec l'azote liquide produit. Il est ainsi possible de pallier l'aspect aléatoire de la disponibilité en rayonnement solaire.
Selon une caractéristique préférentielle, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de transfert de chaleur de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre audit azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, et des moyens d'acheminement, dans ladite deuxième chambre, de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre ainsi refroidi dans lesdits moyens e transfert de chaleur.
Il est ainsi possible de préchauffer l'azote liquide gazeux comprimé provenant de la deuxième chambre en lui transmettant une partie de la chaleur de l'azote gazeux détendu provenant de la troisième chambre, ce qui permet d'améliorer le rendement.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens d'acheminement de l'azote liquide contenu dans lesdits moyens de stockage (comprennent des moyens de réchauffage dudit azote liquide.
Ceci permet de mettre le circuit sous pression et d'améliorer le rendement des détentes.
Dans ce cas, selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de réchauffage dudit azote liquide comprennent, en mode moteur, des moyens d'acheminement d'air reliés auxdits troisièmes moyens d'amission, et des moyens de transfert de chaleur audit azote liquide, lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission et d'échappement étant pilotés par lesdits moyens de pilotage de façon à comprimer ledit air dans ladite troisième chambre, afin de transférer la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre audit azote liquide.
Il est ainsi possible de préchauffer le gaz liquide en exploitant la compression mise en œuvre ce qui permet de diminuer les besoins en source de chaleur autre.
Dans ce cas, selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage sont configurés, en mode moteur, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre ledit air, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston se déplace vers son point mort haut pour comprimer ledit air dans ladite troisième chambre, puis pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'ouverture pour évacuer de ladite troisième chambre l'air y étant préalablement comprimé.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de transfert de la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre audit azote liquide comprennent un serpentin placé dans l'enveloppe périphérique de ladite troisième chambre, lesdits moyens d'acheminement dudit azote liquide comprenant ledit serpentin.
Ceci permet de réchauffer simplement mais efficacement l'azote liquide en lui transférant la chaleur produite par la compression dans la troisième chambre.
Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de réchauffage de dudit azote liquide comprennent en outre des moyens d'échange de chaleur entre ledit air véhiculé dans lesdits moyens d'acheminement d'air et l'air provenant de ladite troisième chambre, et des moyens d'acheminement dans ladite deuxième chambre de l'air provenant de ladite troisième chambre ainsi réchauffé dans lesdits moyens d'échange de chaleur.
Il est ainsi possible de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air comprimé à froid dans les quatrièmes moyens de compression et puis expansé par l'air ambiant.
Selon une caractéristique avantageuse, un système selon l'invention comprend des moyens de réchauffage, en mode moteur, dudit azote liquide à l'intérieur desdites première et/ou deuxième chambres.
Il est ainsi possible de réaliser des détentes sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement.
Lorsque le système est utilisé en tant que pompe à chaleur, l'eau froide provenant des chambres de détente peut-être réchauffé par l'air ambiant avant d'être injectée dans les chambres de détente pour y améliorer la détente de l'azote gazeux.
Selon une caractéristique avantageuse, un système selon l'invention comprend des moyens de rafraîchissement, en mode générateur, dudit azote gazeux à l'intérieur de ladite deuxième chambre.
Il est ainsi possible de réaliser des compressions sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement.
Dans ce cas, l'eau chaude provenant, en mode générateur, de la chambre à l'intérieur de laquelle l'azote gazeux est comprimé, peut être utilisée comme eau de chauffage par exemple dans un système de chauffage par la plancher ou autre. L'eau rafraîchie en sortie de celui-ci peut alors être injectée comme eau de rafraîchissement dans la chambre de compression.
Selon une autre caractéristique avantageuse, un système selon l'invention, comprend des moyens pour faire varier la cylindrée d'au moins une desdites chambres.
Il est ainsi possible d'adapter la cylindrée desdites chambres en fonction du modes de fonctionnement mis en œuvre afin d'optimiser le fonctionnement du système.
Selon d'autres aspects, l'invention concerne un système mécanique comprenant :
des moyens de production alternative d'énergie mécanique ou d'un gaz liquéfié ;
des moyens d' alimentation en ledit gaz liquéfié desdits moyens de production ; des moyens de fourniture d'énergie mécanique auxdits moyens de production ;
des moyens d'alimentation en ledit gaz à l'état gazeux desdits moyens de production ;
ledit système ayant deux modes de fonctionnement :
un mode moteur dans lequel lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz liquéfié alimentent lesdits moyens de production pour produire de l'énergie mécanique ;
un mode générateur dans lequel lesdits moyens de fourniture d'énergie mécanique fournissent de l'énergie mécanique auxdits moyens de production et lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz à l'état gazeux alimentent lesdits moyens de production pour produire ledit gaz liquéfié. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à procurer un système mécanique pouvant selon un mode de fonctionnement produire un gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique, et dans un autre mode de fonctionnement de produire de l'énergie mécanique à partir du gaz liquéfié précédemment produit.
La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique.
Elle propose ainsi un système permettant de produire et de stocker de l'énergie renouvelable de façon économique.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de production comprennent :
au moins des premiers moyens de détente dudit gaz liquéfié et des deuxièmes moyens de détente dudit gaz liquéfié montés en série, lesdits premiers et deuxièmes moyens de détente étant mis en œuvre pendant ledit mode moteur ;
des moyens de compression dudit gaz à l'état gazeux, des moyens de refroidissement d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé, et des troisièmes moyens de détente dudit gaz à l'état gazeux comprimé et refroidi, lesdits moyens de compression, lesdits moyens de refroidissement et lesdits troisième moyens de détente étant mis en œuvre pendant le mode générateur,
lesdits moyens de compression comprenant lesdits premiers ou deuxièmes moyens de détente.
Les moyens mis en œuvre pour comprimer le gaz à l'état gazeux en mode générateur comprennent donc certains des moyens mis en œuvre pour détendre le gaz liquide en mode moteur. Le système selon l'invention est ainsi compact.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de fourniture d'énergie mécanique comprennent lesdits moyens de compression dudit gaz à l'état gazeux, des moyens de réchauffage d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé, des quatrièmes moyens de détente dudit gaz à l'état gazeux comprimé réchauffé.
II est ainsi possible de comprimer le gaz à l'état gazeux, puis de le réchauffer et enfin de le détendre afin de produire de l'énergie mécanique permettant, en mode générateur, d' animer le système pour produire du gaz liquide.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit gaz à l'état gazeux comprimé.
La source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique peut ainsi être constituée par le rayonnement solaire. Le système peut ainsi être animé à partir de l'énergie solaire pour produire en mode générateur du gaz liquide.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, un système selon l'invention comprend des moyens d'accumulation de ladite énergie thermique.
Il est ainsi possible de stocker de l'énergie thermique provenant du rayonnement solaire afin de le restituer progressivement y compris lorsque le rayonnement solaire devient faible ou nul notamment durant la nuit. Il est possible d'assurer la continuité de production d'énergie électrique par exemple sur une année entière à partir d'énergie solaire en palliant le manque de soleil d'abord avec la capacité thermique (périodes courtes) puis avec l'azote liquide produit. Il est ainsi possible de pallier l'aspect aléatoire de la disponibilité en rayonnement solaire.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de récupération de rejets thermiques industriels et/ou de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit gaz à l'état gazeux comprimé.
Il est ainsi possible de valoriser les rejets thermiques industriels en tant que source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire en mode générateur du gaz liquide.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de cogénération.
Il est ainsi possible de valoriser la chaleur produite par un système de cogénération en tant que source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire en mode générateur du gaz liquide. Un système de cogénération peut par exemple comprendre une chaudière mis en œuvre pour produire la chaleur pour le chauffage d'un bâtiment et la chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire du gaz liquide ou de l'énergie électrique.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de transfert de chaleur du gaz détendu provenant desdits quatrièmes moyens de détente audit gaz à l'état gazeux comprimé.
Il est ainsi possible de préchauffer le gaz à l'état gazeux comprimé provenant des moyens de compression en lui transmettant une partie de la chaleur du gaz détendu provenant des quatrièmes moyens de détente, ce qui permet d'améliorer le rendement. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de refroidissement comprennent des moyens de transfert de chaleur d'une partie dudit gaz non liquéfié provenant desdits troisièmes moyens de détente audit gaz à l'état gazeux comprimé.
II est ainsi possible de refroidir simplement mais efficacement le gaz comprimé en utilisant la partie non liquéfiée du gaz détendu avant de le détendre.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz liquéfié comprennent des moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié.
Ceci permet de mettre le circuit sous pression et d'améliorer le rendement des détentes.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des deuxièmes moyens de compression, des moyens d'alimentation en air desdits deuxièmes moyens de compression, et des moyens de transfert de chaleur de l'air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression audit gaz liquéfié.
Il est ainsi possible de préchauffer le gaz liquide en exploitant la compression mise en œuvre ce qui permet de diminuer les besoins en source de chaleur autre.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits quatrièmes moyens de compression en mode moteur comprennent lesdits quatrièmes moyens de détente en mode générateur, et inversement.
Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens d'alimentation desdits deuxièmes moyens de détente en air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression.
Dans ce cas, un système selon l'invention comprend préférentiellement des moyens de transfert de chaleur entre ledit air et ledit air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression.
Il est ainsi possible de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air comprimé à froid dans les quatrièmes moyens de compression et puis expansé par l'air ambiant.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de transfert de chaleur entre ledit air et ledit air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression en mode moteur comprennent lesdits moyens de refroidissement d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé en mode générateur, et inversement.
Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié à l'intérieur desdits premiers et/ou deuxièmes moyens de détente.
Il est ainsi possible de réaliser des détentes sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de rafraîchissement dudit gaz à l'état gazeux à l'intérieur desdits premiers moyens de compression.
Il est ainsi possible de réaliser des compressions sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié à l'intérieur desdits premiers et/ou deuxièmes moyens de détente en mode générateur comprennent lesdits moyens de rafraîchissement dudit gaz à l'état gazeux à l'intérieur desdits premiers moyens de compression.
Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend une première et une deuxième chambre, une sortie liée à des moyens d'entraînement montés mobiles à l'intérieur desdites chambres en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entraînement engendre un entraînement en mouvement de ladite sortie et inversement, lesdits premiers et deuxièmes moyens de détente dans ledit mode moteur comprenant respectivement lesdites première et deuxième chambres, et lesdits premiers moyens de compression et troisième moyens de détente dans ledit mode générateur comprenant respectivement lesdites deuxième et première chambres.
Les moyens de détente et de compression comprennent ainsi des chambres constituant des cylindres dans lesquelles sont montés mobiles des moyens d'entraînement comme des pistons liés à une sortie, par exemple un arbre moteur, par exemple au moyen de bielles et d'un vilebrequin. La sortie pourrait par exemple être constituée de bobines d'un moteur électrique linéaire qui seraient entraînées par les pistons.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend une troisième chambre à l'intérieur de laquelle sont montés mobiles des moyens d'entraînement liés à ladite sortie en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entraînement engendre un entraînement en mouvement de ladite sortie et inversement, lesdits quatrièmes moyens de détente dans ledit mode moteur comprenant ladite troisième chambre, et lesdits deuxièmes moyens de compression dans ledit mode générateur comprenant ladite troisième chambre, lesdites deuxième et troisième chambres étant délimitées par une unique enceinte et les moyens d'entraînement logés à l'intérieur de celle-ci.
Les moyens d'entraînement logés dans l'unique enceinte constituent donc un système à double effet dont la mise en œuvre conduit à ce que l'effort pour assurer une compression d'un côté des moyens d'entraînement dans l'une des chambres est dans certains cas produit par la détente d'un gaz de l'autre côté des moyens d' entraînement dans l'autre chambre. Ceci permet de réduire les frottements et les efforts. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de production d'électricité susceptibles d'être entraînés par lesdits moyens de production d'énergie mécanique.
L'énergie mécanique produite par le système peut être ainsi utilisée pour produire de l'électricité.
L'invention concerne également un véhicule à moteur comprenant un système selon l'une quelconque des variantes décrites plus haut. Un système selon l'invention peut ainsi être mis en œuvre pour mouvoir un véhicule.
5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels :
la figure 1 illustre un système mécanique selon l'invention à deux cylindres pour produire de l'azote liquide à partir d'énergie mécanique ; la figure 2 illustre le système mécanique de la figure 1 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'azote liquide ;
la figure 3 illustre le système mécanique de la figure 1 pour récupérer de l'énergie de freinage ;
la figure 4 illustre un système mécanique selon l'invention à trois cylindres pour produire de l'azote liquide à partir d'une source chaude ;
la figure 5 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'azote liquide à partir d'énergie mécanique ;
la figure 6 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'azote liquide ;
la figure 7 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'une source chaude ;
les figures 8 à 10 illustrent un dispositif de modification de la cylindrée pouvant être mis en œuvre pour faire varier la cylindrée d'au moins une des chambres d'un système selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation de l'invention
6.1. Rappel du principe général de l'invention
Le principe général de l'invention repose sur la mise en œuvre d'un système mécanique pouvant, selon deux modes de fonctionnement alternatifs : - produire un gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique, et
produire de l'énergie mécanique à partir du gaz liquéfié précédemment produit.
La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique.
6.2. Exemple d'un premier mode de réalisation de l'invention 6.2.1. Architecture à deux chambres
On présente, en relation avec les figures 1 à 3, un premier mode de réalisation d'un système mécanique selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une première chambre 1 et une deuxième chambre 2. Les chambres sont également appelées cylindres.
Les première 1 et deuxième 2 chambres logent chacune un piston 3, 4. Chaque piston 3, 4 est relié au moyen d'une liaison pivot à la tête d'une bielle 5, 6. Le pied de chaque bielle 5, 6 est relié au moyen d'une liaison pivot à un vilebrequin 7 solidaire d'un arbre moteur 8.
Les pistons 3, 4 sont montés mobiles en translation à l'intérieur de leur chambre 1 , 2 respective en sorte qu'un déplacement des pistons 3, 4 à l'intérieur des chambres 1 , 2 engendre un entraînement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d'entraînement. Inversement, un entraînement en mouvement de l'arbre moteur engendre un déplacement des pistons 3, 4 dans leur chambre 1 , 2 respective. Dans ce mode de réalisation, le mouvement de l'arbre moteur est rotatif. Ainsi, un déplacement linéaire des pistons 3, 4 engendre une mise en rotation de l'arbre moteur 8, et une mise en rotation de l'arbre moteur 8 engendre un déplacement linéaire des pistons. Dans ce mode de réalisation, le système mécanique comprend un ensemble bicylindres opposés à plat. Il pourra toutefois comprendre plus de deux cylindres. Les cylindres pourront être disposés autrement qu'à plat, par exemple en V, en ligne ou autre. L'ensemble à cylindre est de type alternatif, c'est-à-dire qu'un mouvement linéaire alternatif des pistons engendre un mouvement rotatif de l'arbre moteur et inversement. Alternativement, un mouvement de rotation des pistons pourra engendrer un mouvement rotatif de l'arbre moteur.
L'ensemble bielle-vilebrequin pourra ne pas être mis en œuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entraînés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entraîner celui-ci ou plus précisément les bobines de celui-ci. Ils pourront encore être reliés à une pompe à eau ou à huile à piston hydraulique réversible en moteur, montée en ligne avec le système. Les pistons pourraient alors entraîner la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entraîner les pistons.
Chaque chambre 1, 2 est refermée par une culasse 9, 10. Chaque culasse 9,
10 est traversée par au moins deux orifices 23, 24, 25, 26, chaque orifice logeant une soupape 11, 12, 13, 14 mobile entre une position d'obturation de l'orifice correspondant et une position d'ouverture de l'orifice correspondant. Le système comprend des moyens de pilotage du déplacement des soupapes de l'une à l'autre de leurs positions. Ces moyens pourront par exemple comprendre des arbres à cames ou des moyens de pilotage électronique.
Le système mécanique comprend des moyens de réchauffage ou de refroidissement du contenu des première et deuxième chambres. Ces moyens comprennent des moyens d'injection comme des injecteurs 15, 16 d'un fluide comme par exemple de l'eau à l'intérieur des chambres. Ils comprennent également des moyens de chauffage 17 et de refroidissement 18 du fluide.
Le système comprend des moyens de stockage 19 d'un gaz liquéfié, comme un réservoir. Dans ce mode de réalisation, il s'agit d'azote liquide. Il comprend également des moyens de réchauffage de l'azote liquide comme un échangeur de chaleur 21. Le réservoir 19 et l'échangeur de chaleur 21 sont reliés par une canalisation 35 sur laquelle sont placés des moyens de transfert de l'azote liquide, comme une pompe 20 . Un réservoir tampon pourrait être placé entre la pompe 20 et l'échangeur 21. Il comprend encore d'autres moyens de chauffage comme un échangeur 22.
Le système comprend une pluralité de canalisations permettant la circulation des fluides. Ces canalisations seront décrites en relation avec la description du fonctionnement du système selon l'invention.
Les matériaux des différents composant, et en particulier ceux des pistons et chambres, seront bien évidemment choisis pour résister aux contraintes mécaniques, de pression et de température auxquels ils seront soumis.
6.2.2. Fonctionnement
Le système mécanique selon l'invention peut fonctionner selon deux modes :
un mode dit générateur pour produire de l'azote liquéfié, et
- un mode dit moteur pour produire de l'énergie mécanique à partir de l'azote liquide préalablement produit.
A. Mode générateur
Pour fonctionner en mode générateur (cf. figure 1), le système selon l'invention comprend des moyens de fourniture d'une énergie mécanique à son arbre moteur. Dans ce mode de réalisation, ces moyens de fourniture comprennent par exemple un moteur électrique ou autre relié à l'arbre moteur 8.
Le moteur électrique permet de transmettre à l'arbre moteur 8 de l'énergie mécanique en sorte que celui-ci est entraîné en rotation autour de son axe. Le vilebrequin 7 entraine alors en translation alternative les pistons 3 et 4 dans leur chambres 1, 2 respectives.
Le piston 4 se trouve initialement à son point mort haut dans lequel il se trouve à proximité de sa culasse 10. La soupape 14 est fermée alors que la soupape 13 est ouverte. L'orifice 25 est relié à des canalisations d'admission d'azote à l'état gazeux neuf 27 et d'azote à l'état gazeux 28 provenant de l'échangeur 22. Le piston 4 est déplacé selon la flèche A vers son point mort bas ce qui induit une admission dans la chambre 2 d'un mélange d'azote à l'état gazeux neuf, à une pression d'environ 1 bar et à une température d'environ 20°C, et d'azote à l'état gazeux 28 provenant de l'échangeur 22. La pression de l'azote gazeux neuf admis dans la chambre 2 sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar (cette pression est équivalente à la pression dans la canalisation 28) et sa température préférentiellement comprise entre -40°C et 40°C. La soupape 13 se ferme. Le piston 4 est ensuite déplacé selon la flèche B vers son point mort haut. L'azote à l'état gazeux contenu dans la chambre 2 est alors comprimé. La soupape 14 est ensuite ouverte en sorte que de l'azote à l'état gazeux comprimé à environ 5 bars et à 20°C est acheminé via une canalisation 29 à l'intérieur de l'échangeur 22. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar. Cette température, dont la valeur dépend du fluide de refroidissement, sera préférentiellement comprise entre -40°C et 40°C. L'azote à l'état gazeux comprimé et l'azote gazeux non liquéfié échangent des calories à l'intérieur de cet échangeur 22 en sorte que l'azote gazeux comprimé est refroidi. L'azote à l'état gazeux sort de l'échangeur 22 à environ -170°, cette température pouvant préférentiellement être comprise entre -50 et -200°, puis est acheminé via une canalisation 30 et l'orifice 23 à l'intérieur de la chambre 1. La soupape 11 est ouverte et la soupape 12 est fermée. Le piston 3 se trouve à son point mort haut dans lequel il est à proximité de sa culasse 9. L'azote gazeux comprimé pénètre dans la chambre 1. Lorsque la quantité d'azote à l'intérieur de la chambre 1 est suffisante, la soupape 11 se ferme pendant la descente du piston. L'azote gazeux se détend et se refroidit dans la chambre 1 à l'intérieur de laquelle il se liquéfie en partie alors que le piston se déplace selon la flèche A vers son point mort bas. La soupape 12 s'ouvre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche B vers son point mort haut. Un mélange d'azote liquide et d'azote gazeux non liquéfié à environ -195°C et 1 bar est ainsi extrait de la chambre 1. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar, et cette température sera égale à la température de vaporisation du fluide correspondante. Elle sera par exemple égale à -195°C lorsque la pression de l'azote sera égale à 1 bar. Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'azote liquide de l'azote gazeux à la sortie de la chambre 1. L'azote liquide à -195°C et 1 bar est acheminé dans le réservoir 19 par une canalisation 31. L'azote gazeux non liquéfié à -195°C et 1 bar est introduit dans l'échangeur 22 via une canalisation 32 pour refroidir l'azote à l'état gazeux comprimé provenant de la chambre 2. L'azote gazeux réchauffé provenant de l'échangeur 22 est introduit dans la chambre 2 via la canalisation 28.
Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'eau chaude de l'azote gazeux comprimé à la sortie de la chambre 2. Cette eau est envoyée via une canalisation 33 dans l'échangeur 18. L'air ambiant, dont la température est préférentiellement comprise entre 0 et 20°C, et l'eau échangent des calories à l'intérieur de l'échangeur 18 en sorte que l'eau y est refroidie à une température préférentiellement comprise entre 0 et 25°. Cette eau est ensuite injectée au moyen d'une pompe 34 et de l'injecteur 15 dans la chambre 2 lors de la compression. La compression est ainsi sensiblement isotherme ce qui améliore le rendement. Ce refroidissement lors de la compression est optionnel.
L'eau chaude provenant de la compression à l'intérieur de la chambre 2 pourra alternativement ou complémentairement être récupérée pour un autre usage. Elle pourra par exemple alimenter le plancher chauffant d'un bâtiment comme un logement d'habitation pour assurer le chauffage de celui-ci. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque l'on produit de l'azote liquide pour un véhicule durant la nuit avec l'énergie électrique du réseau par exemple.
Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'azote liquide et le stocker. Le système selon l'invention est donc un système de production et de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence de l'azote liquide.
Les valeurs de température et de pression sont mentionnées à titre illustratif.
Il est possible d'augmenter la pression du cycle afin d'augmenter la production du système. Une pression plus importante dans le cycle augmente la masse d'azote comprimé. A titre d'exemple, plutôt que d'admettre de l'azote à 1 bar dans la chambre 2, il est possible d'admettre de l'azote à 5 bar qui y est comprimé à 25 bar puis détendu à 5 bar dans la chambre 1 avant de retourner dans la chambre 2 la portion non liquéfiée. La quantité d'énergie consommée est alors cinq fois plus importante pour produire cinq fois plus d'azote liquide. L'intérêt est de réduire l'encombrement du système tout en diminuant les pertes thermiques.
Il est possible de récupérer de l'azote gazeux à -195°C qui s'échapperait du réservoir par évaporation pour le réintroduire dans l'échangeur 22 avec l'azote gazeux non liquéfié provenant de la chambre 1 pour refroidir l'azote comprimé provenant de la chambre 2.
Dans ce cas, l'azote gazeux à -195°C qui s'échappe du réservoir par évaporation pourra être stocké dans un réservoir d'azote légèrement pressurisé. Lorsque le réservoir pressurisé contient suffisamment d'azote gazeux sous pression, l'azote gazeux sous pression est réintroduit dans le cycle entre l'échangeur 22 et la chambre 1 afin d'être liquéfié de nouveau. Lorsque la pression du réservoir est nulle, sa réintroduction dans le système est arrêtée. Ceci permet de mettre en œuvre le système selon un fonctionnement discontinu avec des plages de production appropriées qui peuvent limiter les pertes thermiques.
B. Mode moteur
Pour fonctionner en mode moteur (cf. figure 2), de l'azote liquide préférentiellement à -195°C et à 1 bar, (la pression et la température dans le réservoir pouvant toutefois être plus élevée), est extrait du réservoir 19 puis transféré au moyen de la pompe 20 et via une canalisation 35 dans l'échangeur 21 dans lequel il est réchauffé à 20 °C, c'est-à-dire approximativement à la température de l'air ambiant, et ainsi vaporisé. Sous l'effet du chauffage, la pression de l'azote monte à 200 bar, ce qui permet de mettre le circuit sous pression au démarrage du système., La pression est ensuite maintenue constante par le transfert de l'azote liquide depuis le réservoir dans le circuit au fur et à mesure que celui-ci est admis dans la chambre 1. L'azote à 20°C et 200 bar est ensuite acheminé à l'intérieur de la chambre 1 via une canalisation 36 qui débouche dans l'orifice 23. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 100 et 700 bars. L'azote pourra être réchauffé jusqu'à entre 100°C et 300°C voir 500°C sous réserve que les matériaux dont est constituée la chambre soient convenablement choisis. Une température de 20°C sera toutefois suffisante. Le piston 3 se trouve à son point mort haut. La soupape 12 est fermée et la soupape 11 s'ouvre. L'azote entre dans la chambre 1. La soupape 11 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 1 alors que le piston se déplace selon la flèche A, puis l'azote s'y détend en partie jusqu'à une pression d'environ 10 à 30 bars. Le piston 1 est alors déplacé selon la flèche A vers son point mort bas. L'arbre moteur 8 est alors entraîné en rotation. La soupape 12 s'ouvre. Le piston se déplace selon la flèche B vers son point mort haut évacuant l'azote en partie détendu de la chambre 1. Celui-ci circule dans une canalisation 37 reliée à l'orifice 25. Le piston 4 se trouve à son point mort haut et les soupapes 13 et 14 sont fermées. La soupape 13 s'ouvre de sorte que de l'azote en partie détendu s'introduise dans la chambre 2. La soupape 13 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 2 alors que le piston se déplace selon la flèche A. L'azote se détend ensuite une deuxième fois dans la chambre 2. Le piston 4 se déplace alors selon la flèche A vers son point mort bas en entraînant l'arbre moteur en rotation. La soupape 14 s'ouvre. Le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort haut laissant s'échapper l'azote dans l'air ambiant.
Des séparateurs de phases (non représentés) permettent de séparer l'eau froide de l'azote à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 17. L'eau chaude et un fluide chaud, préférentiellement entre 0 et 250°C, comme par exemple de l'air, échangent des calories en sorte que l'eau est réchauffée préférentiellement entre 0 et 150°C avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'azote s'y détend. Les détentes sont ainsi sensiblement isothermes ce qui améliore le rendement. Ce réchauffement lors des détentes est optionnel.
Dans des variantes, l'azote liquide peut être envoyé directement dans la chambre 1 par un injecteur et une pompe haute pression par exemple comme le gazole est injecté dans les moteurs diesel. Ceci permet d'éviter la mise en œuvre de l'échangeur 21 pour réchauffer l'azote, l'azote liquide se trouvant alors vaporisé au contact de l'eau de chauffage injectée dans les chambres 1 et 2. En contre partie, la quantité d'eau qui devra être injectée dans les chambres, devra être plus importante, notamment au moment de l'injection, pour permettre à la fois de réchauffer l'azote liquide, d'engendrer son changement de phase et procurer une détente isotherme.
L'azote gazeux à 20°C et 200 bar peut être porté à une température allant jusqu'à environ 500°C par une énergie thermique produite par exemple à partir d'une source d'énergie de nature fossile (par exemple au moyen d'une chaudière à fioul), avant d'entrer dans la chambre 1, puis être réchauffé de nouveau à 500°C avant d'entrer dans la chambre 2 plutôt que d'injecter de l'eau de chauffage dans les chambres. De la sorte, la température et la pression de l'azote à l'échappement, sera proche de la température ambiante. L'apport d'énergie thermique diminue la consommation d'azote liquide ce qui permet d'augmenter l'autonomie d'un véhicule dont la capacité du réservoir d'azote liquide est limitée par le manque de volume disponible.
Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'énergie mécanique pouvant être récupérée au niveau de l'arbre moteur 8.
6.2.3. Exemples d'utilisations
Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être installé pour motoriser un véhicule, comme une voiture. En mode moteur, le système est utilisé pour mouvoir le véhicule en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote stocké dans le réservoir. Lorsque le réservoir est vide, le système peut être alimenté en énergie mécanique, par exemple au moyen d'un moteur électrique ou autre, pour entraîner en rotation l'arbre moteur et produire de l'azote liquide afin de le stocker dans le réservoir. Le système mécanique selon l'invention est donc réversible. Lorsque le système mécanique sera installé pour motoriser un véhicule, il pourra permettre de produire de l'air comprimé pendant les phases de freinage (cf. figure 3). Pendant les phases de freinage, le véhicule entraine l'arbre moteur en rotation du fait de son inertie. Lorsque le cylindre 4 est entraîné vers son point mort bas, la soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte en sorte que de l'air ambiant à 25°C et 1 bar est admis dans la chambre 2 au travers de l'orifice 25 via une canalisation 60. Lorsque le piston 4 retourne vers son point mort haut, les soupapes 13 et 14 sont fermées en sorte que l'air contenu dans la chambre 2 est comprimé une première fois. La soupape 14 est ensuite ouverte en sorte que l'air comprimé soit acheminé dans la chambre 1 via l'orifice 26, une canalisation 61 et l'orifice 23. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut, la soupape 13 est ouverte et la soupape 14 est fermée. Le piston 3 se déplace vers son point mort bas en sorte que l'air comprimé pénètre la chambre 1. La soupape 13 se referme et le piston retourne à son point mort haut comprimant une nouvelle fois l'air se trouvant dans la chambre 1. La soupape 14 s'ouvre pour évacuer l'air ainsi comprimé à environ 200 bar dans un réservoir de stockage prévu à cet effet. Cette pression pourra monter jusqu'à 700 bars et la température de l'air s'élever jusqu'à 150°C voir 500°C, ce qui aura pour effet de réchauffer les chambres qui pourront réchauffer l'azote lors d'une phase d'accélération du moteur dans l'hypothèse où de l'eau est injectée dans les chambres.
Des séparateurs de phases (non représentés) permettent de séparer l'eau chaude de l'air à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est éventuellement refroidie en échangeant des calories avec un fluide froid préférentiellement entre 0 et 20°C comme de l'air avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'air y est comprimé. Les compressions sont ainsi sensiblement isothermes ce qui réduit réchauffement des chambres lors de long freinage. Ce rafraîchissement lors des compressions est optionnel. L'air comprimé ainsi obtenu pourra être mélangé avec l'azote comprimé et réchauffé avant d'être introduit dans la chambre 1 en mode moteur. En plus de permettre de produire de l'air comprimé stocké dans le réservoir tampon, le freinage à également pour effet de réchauffer l'eau du circuit, qui avec une température plus élevée, augmentera le rendement lors de la vaporisation et détente de l'azote comprimé avec l'eau au cours de la phase d'accélération du véhicule.
Le système mécanique selon l'invention peut par exemple être utilisé pour produire de l'énergie électrique en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote liquide pour entraîner un générateur de courant avec l'arbre. Ainsi, en poste fixe, le système peut par exemple être mis en œuvre pour produire de l'énergie électrique afin d'alimenter une maison équipée de panneaux photovoltaïques, en particulier lorsque il n'y a pas suffisamment de soleil pour assurer le fonctionnement de ceux-ci. Lorsque le rayonnement solaire sera important, l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques pourra être en partie utilisée pour alimenter un moteur électrique qui entraine l'arbre en rotation afin de produire de l'azote liquide (système fonctionnant en mode générateur). Le système permettra alors de « stocker » l'énergie électrique des panneaux photovoltaïques. Du fait de sa réversibilité, il constituera dans ce cas un moyen de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence l'énergie solaire.
6.3. Exemple d'un deuxième mode de réalisation de l'invention 6.3.1. Architecture à trois chambres
On présente, en relation avec les figures 4 à 7, un deuxième mode de réalisation d'un système mécanique selon l'invention.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une première chambre 1 et une deuxième chambre 2. Les chambres sont également appelées cylindres.
Les première 1 et deuxième 2 chambres logent chacune un piston 3, 4. Chaque piston 3, 4 est relié au moyen d'une liaison pivot à la tête d'une bielle 5, 6. Le pied de chaque bielle 5, 6 est relié au moyen d'une liaison pivot à un vilebrequin 7 solidaire d'un arbre moteur 8.
Le système mécanique comprend en outre une troisième chambre 40. Le piston 4 est également logé dans la troisième chambre 40. Il s'agit d'un piston à double effet. Les chambres 2 et 40 sont ainsi délimitées par une unique enveloppe ainsi que par le piston 4.
Le piston à double effet tire l'avantage que l'effort pour assurer une compression d'un côté du piston dans l'une des chambres est dans certains cas produit par la détente d'un gaz de l'autre côté du piston dans l'autre chambre. Ceci permet de réduire les frottements et les efforts sur le vilebrequin. Le piston ou cylindre double effet n'est toutefois pas nécessaire à la bonne marche du système. Deux cylindres simple effet contenant chacun un piston peuvent être mis en œuvre à la place du cylindre et piston double effet. Dans ce cas, le système selon l'invention comprendra trois cylindres au total qui pourront être disposés en lignes par exemple.
Les pistons 3, 4 sont montés mobiles en translation à l'intérieur de leur chambres 1, 2, 40 respectives en sorte qu'un déplacement des pistons 3, 4 à l'intérieur des chambres 1, 2, 40 engendre un entraînement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d'entraînement. Inversement, un entraînement en mouvement de l'arbre moteur engendre un déplacement des pistons 3, 4 dans leur chambre 1, 2, 40 respectives. Dans ce mode de réalisation, le mouvement de l'arbre moteur est rotatif. Ainsi, un déplacement linéaire des pistons 3, 4 engendre une mise en rotation de l'arbre moteur 8, et une mise en rotation de l'arbre moteur 8 engendre un déplacement linéaire des pistons.
Dans ce mode de réalisation, le système mécanique comprend un ensemble bicylindres opposés à plat étant entendu que les chambres 2 et 40 forment un unique cylindre. Il pourra toutefois comprendre plus de deux cylindres. Les cylindres pourront être disposés autrement qu'à plat, par exemple en V, en ligne ou autre. L'ensemble à cylindre est de type alternatif, c'est-à-dire qu'un mouvement linéaire alternatif des pistons engendre un mouvement rotatif de l'arbre moteur. Les pistons pourront avoir un mouvement de rotation engendrer un mouvement rotatif de l'arbre moteur. L'ensemble bielle-vilebrequin pourra ne pas être mis en œuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entraînés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entraîner celui-ci. Ils pourront encore être reliés à une pompe à eau ou à huile à piston hydraulique réversible en moteur, montée en ligne avec le système. Les pistons pourraient alors entraîner la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entraîner les pistons.
Chaque chambre 1, 2, 40 est refermée par une culasse 9, 10, 41. Chaque culasse 9, 10, 41 est traversée par au moins deux orifices 23, 24, 25, 26, 42, 43, chaque orifice logeant une soupape 11, 12, 13, 14, 44, 45 mobile entre une position d'obturation de l'orifice correspondant et une position d'ouverture de l'orifice correspondant. Le système comprend des moyens de pilotage du déplacement des soupapes de l'une à l'autre de leurs positions. Ces moyens pourront par exemple comprendre des arbres à cames ou des moyens de pilotage électronique.
Le système mécanique comprend des moyens de réchauffage ou de refroidissement du contenu des première et deuxième chambres. Ces moyens comprennent des moyens d'injection comme des injecteurs 15, 16 d'un fluide comme de l'eau à l'intérieur des chambres. Ils comprennent également des moyens de chauffage 17 et de refroidissement 18 du fluide.
Le système comprend des moyens de stockage 19 d'un gaz liquéfié, comme un réservoir. Dans ce mode de réalisation, il s'agit d'azote liquide. Il comprend également des moyens de réchauffage de l'azote liquide comme un échangeur de chaleur 21. Le réservoir 19 et l'échangeur de chaleur 21 sont reliés par une canalisation 35 sur laquelle sont placés des moyens de transfert de l'azote liquide, comme une pompe 20. Un réservoir tampon pourrait être placé entre la pompe 20 et l'échangeur 21. Il comprend encore d'autres moyens de chauffage comme un échangeur 22, un échangeur 46, et un échangeur 47, ainsi qu'une source de chaleur HT à moyenne température. Dans ce mode de réalisation, la source de chaleur comprend des moyens d'accumulation d'énergie thermique due au rayonnement solaire. Ces moyens comprennent par exemple une parabole qui permet de concentrer le rayonnement solaire sur un moyen d'accumulation de chaleur comme un accumulateur en céramique. D'autres sources de chaleur pourront être mises en œuvre comme par exemples une chaudière à énergie fossile ou renouvelable (telle que du bois) ou des moyens de récupération de rejets thermiques industriels. Certaines activités industrielles génèrent la production de chaleur qu'il faut dissiper : cette chaleur perdue constitue des rejets thermiques industriels.
Le système comprend une pluralité de canalisations permettant la circulation des fluides. Ces canalisations seront décrites en relation avec la description du fonctionnement du système selon l'invention.
Les matériaux des différents composant, et en particulier ceux des pistons et chambres, seront bien évidemment choisis pour résister aux contraintes mécaniques, de pression et de température auxquels ils seront soumis.
6.3.2. Fonctionnement
Le système mécanique selon l'invention peut fonctionner selon deux modes :
un mode dit générateur pour produire de l'azote liquéfié, et
un mode dit moteur pour produire de l'énergie mécanique soit à partir de l'azote liquide préalablement produit, soit à partir de chaleur.
A. Mode générateur
Le fonctionnement en mode moteur du système mécanique selon ce mode de réalisation est obtenu de la manière suivante (cf. figure 4).
Un démarreur permet d'entraîner en rotation l'arbre moteur 8 pour mettre en route le système mécanique.
Le démarreur pourra par exemple être un simple réservoir d'air sous pression couplé à un système de commande à deux positions, l'une pour l'arrêt du moteur l'autre pour sa mise en route en exerçant un effort de pression sur l'un au moins des pistons.
Le piston 4 se trouve initialement à proximité de la culasse 10. La soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte. Le piston est déplacé selon la flèche A du fait de la rotation de l'arbre moteur. De l'azote à l'état gazeux circulant à environ 20°C et 1 bar dans des canalisations 27, 28 est alors admis à travers l'orifice 25 dans la chambre 2. L'azote gazeux admis dans la chambre 2 pourra avoir une pression comprise entre 0 et 40 bar et une température comprise entre - 40°C et 50°C. La soupape 13 se ferme et le piston 4 est déplacé selon la flèche B. L'azote à l'état gazeux contenu dans la chambre 2 y est comprimé. La soupape 14 est ensuite ouverte pour évacuer l'azote à l'état gazeux à 20°C comprimé à 5 bar. Cette température pourra être comprise entre -40°C et 40°C, et cette pression entre 1 et 40 bars. Celui-ci est en partie acheminé, via une canalisation 48 dans l'échangeur 46 à l'intérieur duquel il est préchauffé par les gaz d'échappement provenant de la chambre 40. L'azote à l'état gazeux à 5 bar et 200°C environ est acheminé via une canalisation 49 dans l'échangeur 47 dans lequel il est réchauffé à 500°C. Cette température pourra être comprise entre 150 et 600° notamment selon la résistance des matériaux de la chambre et la source de chaleur utilisée. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur 47 permet de transmettre à l'azote la chaleur d'un fluide réchauffé au contact de l'accumulateur de chaleur lui même réchauffé par le rayonnement solaire ou par une autre source de chaleur. L'azote à l'état gazeux à 5 bar réchauffé à 500°C est ensuite acheminé via une canalisation 50 dans la chambre 40 à travers l'orifice 43, la soupape 45 étant ouverte, la soupape 44 fermée et le piston 4 à son point mort haut à proximité de sa culasse 41. Dans le cas du piston 4 à double effet, celui-ci présente un point port haut à proximité de la culasse 10 et un point mort bas éloigné de la culasse 10 s 'agissant de son rôle de piston à l'intérieur de la deuxième chambre 2. Il présente un point port haut à proximité de la culasse 41 et un point mort bas éloigné de la culasse 41 s'agissant de son rôle de piston à l'intérieur de la troisième chambre 40. L'azote gazeux pénètre dans la chambre 40. Lorsqu'une quantité suffisante d'azote a été introduite dans la chambre 40 au fur et à mesure que le piston 4 se déplace selon la flèche B, la soupape 45 se referme. L'azote se détend ensuite à l'intérieur de la chambre 40 induisant un déplacement continu du piston 4 selon la flèche B vers son point mort bas à proximité de la culasse 10. L'arbre moteur est ainsi animé en rotation. La soupape 44 s'ouvre et le piston 4 est déplacé selon la flèche A vers son point mort à proximité de la culasse 41. L'azote à 200°C et 1 bar environ est alors évacué de la chambre 40 via l'orifice 42 et acheminé dans une canalisation 51 débouchant dans l'échangeur 46. Les valeurs de cette température et cette pression dépendent des valeurs de température et de pression de l'azote lors de l'admission dans la chambre 40. Lorsque le rapport entre la pression de l'azote avant détente et après détente est égale à 5 (la valeur de ce rapport peut bien évidemment être différente de 5) et que la température de l'azote à l'admission est égale à 500°C, la température de l'azote détendu est égale à environ 200°C. Si la valeur de ce rapport de pression est plus élevée, alors la température de l'azote détendu sera plus basse.
Le réchauffage de l'azote dans l'échangeur 46 est optionnel. L'azote à 200°C environ y transmet sa chaleur à l'azote comprimé provenant de la chambre 2. L'azote provenant de l'échangeur 46 est alors réintroduit dans la chambre 2 avec de l'azote neuf de façon à compenser la production d'azote liquéfié qui rejoint le réservoir dans la suite de la description.
Les cycles sont ainsi synchronisés et répétés de telle sorte qu'après que le démarreur est arrêté, le système mécanique continu de tourner.
Une partie de l'azote à l'état gazeux à 20°C et à 5 bar évacué de la chambre 2 est acheminée via la canalisation 29 dans l'échangeur 22 dans lequel il est refroidi. L'azote à 5 bar et -170°C environ circule ensuite dans la canalisation 30. Cette température pourra préférentiellement être comprise entre -200°C et - 50°C. Au démarrage du système, cette température sera bien évidemment plus élevée, et baissera progressivement. Une pression plus élevée à l'admission dans la chambre 2, et un rapport plus élevé entre la pression avant et après la compression dans la chambre 2, conduira à augmenter la productivité. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut dans lequel il est à proximité de sa culasse 9. La soupape 11 est ouverte et la soupape 12 est fermée. L'azote gazeux comprimé est alors introduit dans la chambre 1. Lorsqu'une quantité d'azote gazeux comprimé suffisante est entrée dans la chambre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche A, la soupape 11 se ferme. L'azote gazeux comprimé et refroidi se détend ensuite à l'intérieur de la chambre 1 où une partie se liquéfie alors que le piston se déplace selon la flèche A vers son point mort bas. Une fois le piston 3 arrivé à son point mort bas et l'azote détendu, la soupape 12 s'ouvre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche B vers son point port haut. Le mélange d'azote gazeux non liquéfié et d'azote liquide à environ -195°C et 1 bar est alors extrait de la chambre 1. Si cette pression à l'échappement est de 1 bar, la température sera forcement égale à -195°C puisqu'il s'agit de la température de vaporisation de l'azote liquide, la vaporisation limitant la chute de température. Ces pression et température pourront toutefois avoir d'autres valeurs. Notamment, si la pression à l'échappement est plus élevée, la température sera alors en rapport plus élevée. Un séparateur de phase sépare l'azote liquide de l'azote gazeux. L'azote liquide (environ 10% de la masse total) est acheminé dans le réservoir 19 par une canalisation 31. L'azote gazeux est introduit dans l'échangeur 22 via une canalisation 32 pour refroidir l'azote à l'état gazeux comprimé provenant de la chambre 2.
Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'eau chaude de l'azote comprimé à la sortie de la chambre 2. Cette eau est envoyée via une canalisation 33 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est refroidie avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et de l'injecteur 15 dans la chambre 2 lors de la compression. La compression est ainsi sensiblement isotherme ce qui améliore le rendement. Ce refroidissement lors de la compression est optionnel.
L'eau chaude provenant de la compression à l'intérieur de la chambre 2 pourra alternativement ou complémentairement être récupérée pour un autre usage. Elle pourra par exemple alimenter le plancher chauffant d'un bâtiment comme un logement d'habitation pour assurer le chauffage de celui-ci. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque l'on produit de l'azote liquide pour un véhicule durant la nuit avec l'énergie électrique du réseau par exemple.
Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'azote liquide et le stocker, dans ce mode de réalisation à partir d'énergie solaire. Le système selon l'invention est donc un système de production et de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence de l'azote liquide. De l'énergie mécanique est également produite, laquelle peut être récupérée au niveau de l'arbre moteur qui est entraîné en rotation.
Dans une variante (cf. figure 7), les soupapes 11 et 12 pourront être maintenues ouvertes et la totalité de l'air ou de l'azote comprimé provenant de la chambre 2 acheminée en direction de la chambre 40. Dans ce cas, le système ne permettra pas de produire de l'azote liquide, mais uniquement de l'énergie mécanique susceptible d'être récupérée au niveau de l'arbre moteur à partir d'énergie solaire lorsque le rayonnement solaire est utilisé en tant que source de chaleur (ou de toute autre source de chaleur suffisante, préférentiellement comprise entre 150 et environ 250°C, tels que des rejets thermiques industriels).
Dans une variante, de l'air pourra être admis dans la chambre 2 puis récupéré à l'état comprimé en sortie de celle-ci. Le système pourra ainsi être utilisé pour produire de l'air comprimé plutôt que de l'azote liquide.
Dans une variante (cf. figure 5), les soupapes 44 et 45 pourront être maintenues ouvertes et l'azote comprimé provenant de la chambre 2 acheminé dans son intégralité vers l'échangeur 22. Les échangeurs 46 et 47 seront alors inactifs. L'azote liquide pourra être produit en animant le système en transmettant une énergie mécanique à l'arbre moteur pour l'entraîner en rotation, par exemple au moyen d'un moteur électrique. Ceci peut par exemple permettre de produire de l'azote liquide à partir d'une autre source d'énergie, telle que l'énergie éolienne, alors que le rayonnement solaire est trop faible pour animer le-système.
B. Mode moteur
Pour fonctionner en mode moteur (cf. Figure 6), de l'azote liquide à -195° et 1 bar, (la température de l'azote liquide pourra être plus élevée si la pression dans le réservoir est plus élevée, par exemple entre -195°C et +20°C, et la pression pourra être comprise entre 1 et 700 bar), est extrait du réservoir 19 puis transféré au moyen de la pompe 20 et d'une canalisation 35 dans l'échangeur 21 dans lequel il est réchauffé à 20 °C. Sous l'effet de son chauffage, l'azote se vaporise et sa pression monte à au moins 200 bar. Le chauffage de l'azote permet de mettre le circuit sous pression. L'azote à 20°C et 200 bar (la pression pourra aller jusqu'à 700 bar et la température jusqu'à 600°C selon la résistance des matériaux mis en œuvre) est ensuite acheminé à l'intérieur de la chambre 1 via une canalisation 36 qui débouche dans l'orifice 23. Tout au long des cycles, les soupapes 44, 45 sont ouvertes en permanence et les orifices correspondant connectés à aucune canalisation. Le piston 3 se trouve à son point port haut. La soupape 12 est fermée et la soupape 11 s'ouvre. L'azote entre dans la chambre 1. Lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 1 pendant le déplacement du piston selon la flèche A, la soupape 11 se ferme. L'azote s'y détend alors en partie. Le piston 3 est alors déplacé selon la flèche A vers son point mort bas. L'arbre moteur 8 est alors entraîné en rotation. La soupape 12 s'ouvre. Le piston se déplace selon la flèche B vers son point mort haut évacuant l'azote en partie détendu de la chambre 1. Celui-ci circule dans une canalisation 37 reliée à l'orifice 25. Le piston 4 se trouve à son point mort à proximité de la culasse 10 et les soupapes 13 et 14 sont fermées. La soupape 13 s'ouvre et l'azote entre dans la chambre 2. La soupape 13 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 2 pendant le déplacement du piston puis l'azote se détend une deuxième fois dans la chambre 2. Le piston 4 se déplace alors selon la flèche A vers son point mort éloigné de la culasse 10 en entraînant l'arbre moteur en rotation. La soupape 14 s'ouvre. Le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort à proximité de la culasse 10 laissant s'échapper l'azote dans l'air ambiant.
Des séparateurs de phases permettent de séparer l'eau froide de l'azote à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 17. L'eau froide et un fluide chaud préférentiellement entre 0 et 250°C comme de l'air échangent des calories en sorte que l'eau est réchauffée avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'azote s'y détend. Le réchauffement de l'eau peut également être réalisé au moyen d'un panneau solaire thermique. Les détentes sont ainsi sensiblement isothermes ce qui améliore le rendement. Ce réchauffement lors des détentes est optionnel.
Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'énergie mécanique pouvant être récupérée au niveau de l'arbre moteur 8.
Dans des variantes, l'azote liquide peut être envoyé directement dans la chambre 1 par un injecteur et une pompe haute pression par exemple comme le gazole est injecté dans les moteurs diesel. Ceci permet d'éviter la mise en œuvre de l'échangeur 21 pour réchauffer l'azote, l'azote liquide se trouvant alors vaporisé au contact de l'eau de chauffage injectée dans les chambres 1 et 2. En contre partie, la quantité d'eau qui devra être injectée dans les chambres devra être plus importante pour permettre à la fois de réchauffer l'azote liquide, engendrer son changement de phase et assurer une détente isotherme.
L'azote gazeux à 20°C et 200 bar être porté à une température allant jusqu'à environ 500°C par une énergie thermique produite par exemple à partir d'une source d'énergie de nature fossile (par exemple au moyen d'une chaudière à fioul), avant d'entrer dans la chambre 1, puis être réchauffé de nouveau à 500°C avant d'entrer dans la chambre 2 plutôt que d'injecter de l'eau de chauffage dans les chambres. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque dans le système sera monté sur une automobile ou un navire afin d'améliorer l'autonomie en azote liquide.
Selon une caractéristique optionnelle, et dans l'hypothèse ou l'azote liquide est stocké a une température proche de -195°C), lorsque le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort à proximité de la culasse 10, la soupape 44 est ouverte et la soupape 45 fermée. De l'air ambiant à 20°C et 1 bar (la température de l'air ambiant sera préférentiellement comprise entre -40°C et 50°C, et sa pression égale à la pression atmosphérique) est admis dans l'échangeur 22 au moyen d'une canalisation 52. Cet air y est refroidi avant d'être admis à environ -80°C (cette température dépend de la performance de l'échangeur et de la température de l'air qui sort de la chambre 40) dans la chambre 40 via une canalisation 53 et l'orifice 42. Le piston 4 retourne vers son point mort à proximité de la culasse 41 et comprime l'air se trouvant dans la chambre 40 à une pression comprise entre 10 et 30 bars qui correspond à la pression de l'azote dans la canalisation 37 après la première détente.
Cette compression doit être effectuée lentement afin qu'elle soit isotherme c'est-à-dire à une température proche d'environ -80°C. Au fur et à mesure que l'air s'échauffe par la compression, les calories sont absorbées par l'azote liquide qui est sous pression. La pompe 20 fait circuler l'azote dans un serpentin 54 placé dans l'enveloppe périphérique de la chambre 40 et dans sa culasse 41. Le but est de réchauffer l'azote liquide à une température proche de -80°C (valeur indicative) autant que de comprimer l'air à une température proche de -80°C.
Il est possible de faire cette compression par pallier successif afin d'augmenter la surface d'échange, le temps d'échange et avoir une compression plus proche de l'isotherme. Pour cela, on comprime de l'air dans un premier réservoir tampon qui peut lui même être parcouru par le serpentin dans lequel circule l'azote liquide (non représenté), puis en comprimant de nouveau l'air pour l'envoyer dans un deuxième réservoir, qui lui sera à une pression plus élevée, et cela avec autant de paliers successifs que nécessaire pour arriver à une pression comprise entre 10 et 30 bar, qui correspond à la pression d'injection pour la deuxième détente dans le moteur. En finalité— la soupape 45 est ouverte pour laisser s'échapper l'air à -80°C à travers l'orifice 43. Cet air est acheminé via une canalisation 55 dans l'échangeur 22 dans lequel il est réchauffé en prélevant des calories à l'air admis dans l'échangeur 22 via la canalisation 52. Cet air comprimé et réchauffé à 20°C est mélangé avec l'azote en partie détendu à la même pression provenant de la chambre 1 puis admis dans la chambre 2.
Cette variante permet à la fois :
de préchauffer l'azote liquide en exploitant la compression mise en œuvre dans la chambre 40 en diminuant les besoins en air chaud ambiant, et - de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air à 10 à 25 bar et 20°C expansé par l'air ambiant après compression à froid au contact du serpentin 54 où circule l'azote liquide. 6.3.3. Exemples d'utilisations
Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être utilisé pour produire de l'énergie électrique en exploitant l'énergie mécanique produite pour entraîner avec l'arbre moteur un générateur de courant. Dans ce cas, l'arbre moteur peut entraîner en mouvement un générateur de courant pour produire de l'électricité. L'électricité peut être produite en quasi autonomie. Lorsque le rayonnement solaire est suffisant, il est possible d'une part de produire du courant en entraînant un générateur avec l'arbre moteur, et d'autre part de produire de l'azote liquide. Lorsque le rayonnement solaire est trop faible pour animer le système mécanique, il est possible de produire de l'électricité en entraînant un générateur avec l'arbre moteur, lequel est mis en mouvement grâce à l'énergie thermique stockée dans la capacité thermique puis en puisant l'azote liquide dans le réservoir.
A défaut de rayonnement solaire, la chaleur nécessaire à la mise en œuvre du système peut être produite à partir d'énergie fossile ou autre. Il sera par exemple possible de prélever une partie de la chaleur produite pour chauffer une maison à partir d'énergie fossile ou renouvelable (tel que le bois) . L'énergie électrique produite au moyen d'un système selon l'invention pourra permettre d'alimenter une maison notamment dans le cas où des panneaux photovoltaïques seraient insuffisants, notamment en hiver.
Un système selon l'invention peut également permettre d'injecter de l'énergie électrique dans le réseau électrique pour palier une défaillance du réseau.
Le système peut être installé en cogénération pour le chauffage d'une maison conjointement avec d'autres sources d'énergies telles que des panneaux photovoltaïques placés sur le toit de la maison. Dans ce cas, lorsque les panneaux photovoltaïques produisent trop d'énergie électrique, le système peut être entraîné par un moteur électrique alimenté par l'électricité excédentaire produite à partir des panneaux photovoltaïques dans le but de produire de l'azote liquide qui est stocké dans un réservoir. Lorsque la maison est chauffée, le système peut prélever dans celle-ci, par le biais d'un échangeur de chaleur, une quantité de chaleur afin d'entraîner le système pour produire de l'électricité qui est directement consommée ou injectée dans le réseau et/ou pour produire de l'azote liquide qui est stocké dans un réservoir. Lorsque il n'y a pas suffisamment de soleil, le système pourra être alimenté avec l'azote liquide préalablement produit pour générer de l'énergie électrique. L'azote liquide pourra également être utilisé pour remplir le réservoir d'une voiture fonctionnant à l'azote liquide.
Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être installé sur un véhicule motorisé, comme une voiture. En mode moteur, le système est utilisé pour mouvoir le véhicule en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote stocké dans le réservoir. Lorsque le réservoir est vide, le système peut être alimenté en énergie mécanique, par exemple au moyen d'un moteur électrique ou autre ou en exploitant des énergies fossiles, le rayonnement solaire avec la chambre 40 (dans le cas du solaire, le système sera plutôt en poste fixe), pour entraîner en rotation l'arbre moteur et produire de l'azote liquide afin de le stocker dans le réservoir. Le système mécanique selon l'invention est donc réversible. L'énergie électrique nécessaire à alimenter le système pour produire de l'azote liquide pourra par exemple être produit au moyen de panneaux solaires photovoltaïques placés sur le toit d'une maison ou autre. La chaleur produite par le chauffage d'un bâtiment pourra servir de source de chaleur alimenter le système afin produire de l'azote liquide et/ou de l'électricité. L'eau chaude générée lors de la compression peut être récupérée pour assurer le chauffage d'un bâtiment en circulant à travers un plancher chauffant ou des radiateurs basse température par exemple.
Lorsque le système mécanique sera installé pour motoriser un véhicule, il pourra permettre de produire de l'air comprimé pendant les phases de freinage. Pendant les phases de freinage, le véhicule entraine l'arbre moteur en rotation du fait de son inertie. Les soupapes 44 et 45 sont maintenues ouvertes et les orifices correspondants ne sont connectés à aucune canalisation d'admission et d'échappement. Lorsque le cylindre 4 est entraîné vers son point mort éloigné de la culasse 10, la soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte en sorte que de l'air ambiant à 25°C et 1 bar est admis dans la chambre 2 au travers de l'orifice 25 via une canalisation 60. Lorsque le piston retourne vers son point mort à proximité de la culasse 10, les soupapes 13 et 14 sont fermées en sorte que l'air contenu dans la chambre 2 est comprimé. La soupape 14 est ouverte en sorte que l'air comprimé soit acheminé dans la chambre 1 via l'orifice 26, une canalisation 61 et l'orifice 23. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut, la soupape 13 est ouverte et la soupape 14 est fermée. Le piston 3 se déplace vers son point mort bas en sorte que l'air comprimé pénètre la chambre 1. La soupape 13 se referme et le piston retourne à son point mort haut comprimant une nouvelle fois l'air se trouvant dans la chambre 1. La soupape 14 s'ouvre pour évacuer l'air ainsi comprimé à environ 200 bar dans un réservoir de stockage prévu à cet effet.
Dans l'hypothèse où l'on injecte de l'eau dans les chambres, des séparateurs de phases permettent de séparer l'eau de l'air à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est éventuellement refroidie avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'air y est comprimé. Ce rafraîchissement lors des compressions est optionnel. L'air comprimé ainsi obtenu pourra être mélangé avec l'azote comprimé et réchauffé avant d'être introduit dans la chambre 1 en mode moteur. L'eau chaude produite au cours de la compression peut être stockée en vue d'être injectée dans les chambres lors des phases d'accélération en mode moteur pour réchauffer l'azote pendant qu'il se détend.
La récupération d'énergie se fait sous forme thermique (réservoir d'eau chaude) et pneumatique (réservoir d'air comprimé).
Les valeurs de pressions et températures sont mentionnées de manière indicative. Le technique selon l'invention pourra aussi fonctionner avec d'autres valeurs de pressions et températures. Celles-ci pourront notamment être définies en fonction de la source de chaleur utilisée et/ou du type d'utilisation. 6.4. Autre variante : cylindrée variable
Dans des variantes, qu'au moins une des deux ou trois chambres soit à cylindrée variable. En d'autres termes, des moyens pourront être mis en œuvre pour faire varier la cylindrée, c'est-à-dire le volume, d' au moins une des chambres.
On présente en relation avec les figures 8, 9, 10 et 1 1 un exemple parmi d'autres de mécanisme pouvant être mis en œuvre pour permettre de faire varier la cylindrée d'une chambre.
Dans cet exemple, le vilebrequin 100 est relié au pied d'une bielle 101 au moyen d'une liaison pivot. La tête de la bielle 101 est reliée au moyen d'une liaison pivot à l'extrémité d'un basculeur 102. L'autre extrémité du basculeur 102 est reliée au moyen d'une liaison pivot au pied d'une bielle 103. La tête de la bielle 103 est liée par une liaison encastrement au piston 104. Le piston 104 est monté mobile en translation à l'intérieur d'une chambre 105. Un premier coulisseau 106 est monté mobile en translation le long du basculeur 102. Ce premier coulisseau 106 est lié à un deuxième coulisseau 107 au moyen d'une liaison pivot dont l'axe est perpendiculaire à l'axe longitudinal du basculeur 102 et perpendiculaire à l'axe selon lequel le piston 104 se translate à l'intérieur de la chambre 105. Le deuxième coulisseau 107 est monté mobile en translation le long d'un rail 108 dont l'axe longitudinal est incliné par rapport à l'axe selon lequel le piston 104 se translate à l'intérieur de la chambre 105. Un actionneur (non représenté), comme par exemple un vérin, permet d'agir sur le deuxième coulisseau 107 pour le déplacer le long du rail 108 dans un sens ou dans l'autre. Il est ainsi possible de rapprocher ou d'éloigner l'axe de rotation du basculeur 102 de l'axe de déplacement du piston 104.
Sur les figures 8 et 9, le premier coulisseau 102 occupe une position dans laquelle il se trouve rapproché de l'axe de déplacement du piston 104. L'axe de rotation du basculeur 102 est donc proche de l'axe de déplacement du piston 104. Ainsi, la course dp du piston 104 à l'intérieur de la chambre 105 est faible. La cylindrée de la chambre 105 est alors réduite. Sur les figures 8 et 9, le premier coulisseau 102 occupe une position dans laquelle il se trouve plus éloigné de l'axe de déplacement du piston 104. L'axe de rotation du basculeur 102 est donc plus éloigné de l'axe de déplacement du piston 104. Ainsi, la course dp du piston 104 à l'intérieur de la chambre 105 est plus importante. La cylindrée de la chambre 105 est alors augmentée.
La mise en œuvre d'un tel dispositif pour faire varier la cylindrée permet d'ajuster la cylindrée en fonction des modes de fonctionnement du système selon l'invention.
En mode générateur d'azote liquide, et lorsque le système met en œuvre trois chambres, l'azote comprimé dans une des chambres est envoyé en partie dans le cylindre servant de moteur, l'autre étant envoyée dans la chambre à l'intérieur de laquelle l'azote se liquéfie. Si le troisième cylindre n'est pas utilisé en tant que moteur, mais que le système est mis en œuvre au moyen d'un moteur électrique relié au vilebrequin, tout l'azote comprimé dans la chambre où à lieu la compression peut être envoyé dans la chambre où à lieu la liquéfaction en augmentant la cylindré de celle-ci par le biais du dispositif. Dans le cas contraire, on est obligé de réduire la production d'azote comprimé en commandant les soupapes, par exemple au moyen d'une commande électronique, en alimentant en air la chambre dans laquelle a lieu la compression un tour sur deux par exemple, pour ne pas produire la partie d'azote comprimé qui irait dans le cylindre servant de moteur. Toujours en mode générateur d'azote liquide, lorsque la troisième chambre est utilisée en tant que moteur pour animé le système en utilisant une source chaude comme par exemple le rayonnement solaire pour réchauffer l'azote gazeux injecté dans cette chambre, on peut en complément alimenter animé avec d'autres moyens d'entraînement comme par exemple un moteur électrique relié au vilebrequin et ajuster la cylindrée de la troisième chambre afin de conserver un même niveau de productivité d'azote liquide quel que soit l'ensoleillement.
En mode moteur, la cylindrée de la chambre dans laquelle a lieu la première détente pourra être réduite afin de réduire la vitesse de piston, ce qui permet de réduire l'usure des joints notamment. Lorsque le système comprend trois chambres, l'azote partiellement détendu provenant d'une première chambre pourra être envoyé en partie dans une deuxième chambre et en partie dans une troisième chambre. Ceci permet de doubler momentanément en cas de besoin la puissance du système selon l'invention en mode moteur. Dans ce cas, la troisième chambre n'est pas utilisée en tant que compresseur d'air pour préchauffer l'azote liquide et la cylindrée de la première chambre où a lieu la première détente est augmentée pour pouvoir alimenter les deux autres chambres lors de la deuxième détente.
Toujours en mode moteur, la cylindrée variable peut également permettre de faire tourner le vilebrequin selon une fréquence constante quelle que soit la charge. Ceci est intéressant lorsque l'on produit de l'électricité avec de l'énergie solaire par exemple qui est d'une intensité variable dans la mesure où cela permet de générer du courant à une fréquence désirée sans qu'il soit nécessaire de mettre en œuvre des systèmes électroniques pour cela.
La cylindrée variable peut également permettre de transformer plus facilement le système selon l'invention en pompe à chaleur thermique qui s'auto alimente mécaniquement.
En mode pompe à chaleur, comme dans le mode générateur d'azote liquide à trois chambres, de l'air est comprimé dans la deuxième chambre. L'eau chaude produite en parallèle à l'intérieur de cette deuxième chambre, qui est réchauffée par la compression à une température constante de 30°C par exemple, peut en tout ou partie servir à l'alimentation d'un plancher chauffant par exemple. Parallèlement, une partie de l'air comprimé dans la deuxième chambre est réchauffé par une source de chaleur à environ 500°C et alimente la troisième chambre qui assure le rôle de moteur, tandis qu'une autre partie de l'air comprimé dans la deuxième chambre est détendue à froid directement dans la première chambre, sans passer par l'échangeur, mais en étant réchauffé lors de la détente dans cette première chambre par un fluide très froid (entre -20°C et -80°C) qui lui est réchauffé, après récupération, en puisant les calories à l'extérieur à travers un échangeur, par exemple par l'air ambiant extérieur, pour être réinjecté de nouveau dans la deuxième chambre.
Cette mise en œuvre peut ainsi permettre de produire 2 à 3 fois plus de chaleur que le système n'en consomme, l'autre partie de la chaleur étant puisée dans les calories basse température à l'extérieur du système.
Le système selon l'invention, lorsqu'il est ainsi utilisé en tant que pompe à chaleur, pourra être animé alternativement ou en complément par des moyens moteurs, comme par exemple un moteur électrique ou autre, relié au vilebrequin.
Dans le cas d'une utilisation en tant que pompe à chaleur, la chambre dans laquelle a lieu la détente doit avoir une cylindrée presque aussi importante que la chambre dans laquelle a lieu la compression parce que le système fonctionnant en pompe à chaleur consomme peu d'énergie si bien qu'il n'y a pas besoin d'envoyer beaucoup d'air chaud dans la chambre assurant le rôle de moteur, et parce que la détente s'effectue à une température plus élevée qu'en mode générateur d'azote liquide ce qui permet d'augmenter son volume.
D'une façon générale, il est possible d'avoir trois cylindrées variables avec course et alésage identique des pistons sur un même vilebrequin qui permette d'ajuster au mieux chacun des modes de fonctionnement. Lorsque la pression dans une des chambres est très élevée, la course du piston y est réduite tandis que l'effort sur le vilebrequin est le même que pour les autres chambres. Cela réduit la complexité globale du système. Dans chacun des modes de fonctionnement, chaque ensemble chambre-piston est utilisé au mieux de ses capacités sans que les pièces ne soit sur dimensionnées. Ceci permet d'avoir un moteur à azote liquide à la fois performant et puissant, une pompe à chaleur performante, un générateur d'azote liquide optimisé. Un système selon l'invention est donc très polyvalent ce qui en réduit le cout de son développement et de son utilisation.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide, ledit système comprenant au moins :
- un premier piston (3) monté mobile à l'intérieur d'une première chambre
(1) munie de premiers moyens d'admission (1 1) et de premiers moyens d'échappement ;
un deuxième piston (4) monté mobile à l'intérieur d'une deuxième chambre (2) munie de deuxièmes moyens d' admission ( 13) et de deuxièmes moyens d'échappement (14) ;
des moyens de pilotage desdits premiers (1 1) et deuxièmes (13) moyens d'admission et desdits premiers ( 12) et deuxièmes ( 14) moyens d'échappement ;
des moyens d'échange de chaleur (22) ;
- des moyens de stockage d'azote liquide (19) ;
des moyens moteurs (5, 6, 7, 8) reliés auxdits premier (3) et deuxième (4) pistons ; ledit système étant configuré pour fonctionner selon au moins deux modes : un mode générateur d'azote liquide dans lequel :
lesdits deuxièmes moyens d'admission (13) sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote gazeux (27),
lesdits deuxièmes moyens d'échappement ( 14) sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote comprimé (29),
lesdits moyens d'évacuation d'azote comprimé (29) sont reliés auxdits moyens d'échange de chaleur (22) puis auxdits premiers moyens d'admission (11),
lesdits premiers moyens d'échappement (12) sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote liquide (31) débouchant dans lesdits moyens de stockage d'azote liquide (19) et à des moyens d'acheminement d'azote non liquéfié (32) débouchant dans lesdits moyens d'échange de chaleur avec ledit azote comprimé,
lesdits moyens moteurs étant configurés pour entraîner lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres (1, 2) et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement (11, 12, 13, 14) pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre (2) puis détendre dans ladite première chambre (1), l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre (2), pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre (1) puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage (19) ; mode moteur dans lequel :
lesdits premiers moyens d'admission (11) sont reliés à des moyens d'acheminement (35) de l'azote contenu dans lesdits moyens de stockage (19),
les premiers moyens d'échappement (12) sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu (37), lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu (37) sont reliés auxdits deuxièmes moyens d'admission (13), lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote davantage détendu,
lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement (11, 12, 13, 14) de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres (1, 2) pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre (1) puis dans ladite deuxième chambre (2).
2. Système mécanique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que lesdits premiers moyens d'admission (11) et premiers moyens d'échappement (12) sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits deuxièmes moyens d'admission (11) et deuxièmes moyens d'échappement (12) sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits moyens de pilotage étant configuré pour piloter le déplacement desdits premiers (1 1) et deuxièmes (13) moyens d'admission et desdits premiers (12) et deuxièmes (14) moyens d'échappement de ladite position d'ouverture à ladite position d'obturation,
en mode générateur, lesdits moyens moteurs étant configurés pour entraîner lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres (1, 2) et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement (11, 12, 13, 14) entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre (2) puis détendre dans ladite première chambre (1), l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre (2), pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre (1) puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage (19) ;
en mode moteur, lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement (11, 12, 13, 14) entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres (1, 2) pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre (1) puis dans ladite deuxième chambre (2).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres (1, 2) entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission (13) en position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston (4) est déplacé vers son point mort bas pour admettre ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre (2), pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission (13) en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston (4) est déplacé vers son point mort haut pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre (2), puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) dans leur position d'ouverture pour permettre l'acheminement dudit azote gazeux comprimé vers lesdits premiers moyens d'admission (11), pour placer lesdits premiers moyens d'admission (11) en position d'ouverture et lesdits premier moyens d'échappement (12) en position d'obturation lorsque ledit premier piston (3) est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre (1) ledit azote gazeux comprimé, pour placer lesdits premiers moyens d'admission (11) en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement (12) en position d'ouverture lorsque ledit premier piston (3) est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre (1) ledit azote liquide et ledit azote non liquéfié.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres (1, 2) entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteur et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode moteur, pour placer lesdits premiers moyens d'admission (11) en position d'ouverture et lesdits premiers moyens d'échappement (12) en position d'obturation lorsque ledit premier piston (3) est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre (1) ledit azote provenant desdits moyens de stockage (19), puis pour placer lesdits premiers moyens d'admission (11) en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite première chambre (1) et induire le déplacement dudit premier piston (3) vers son point mort bas, pour placer lesdits premiers moyens d'admission (11) en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement (12) en position d'ouverture lorsque ledit premier piston (3) est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre (1) ledit azote en partie détendu vers lesdits deuxièmes moyens d'admission (13), pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission (13) dans ladite position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) dans ladite position d'obturation lorsque ledit deuxième piston (4) de déplace vers son point mort bas pour admettre dans ladite deuxième chambre (2) ledit azote en partie détendu dans ladite première chambre (1), puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission (113) en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite deuxième chambre (2) et induire le déplacement dudit deuxième piston (4) vers son point mort bas, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission (13) en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement (14) en position d'ouverture lorsque ledit deuxième piston (4) se déplace vers son point mort haut pour évacuer de ladite deuxième chambre (2) ledit azote d'avantage détendu.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens moteurs comprennent :
un troisième piston (4) monté mobile à l'intérieur d'une troisième chambre (40) munie de troisièmes moyens d'admission ou d'échappement (45) et de quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement (44), lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement (44, 45) étant montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation,
et des moyens de pilotage du déplacement desdits troisièmes (45) et quatrièmes (44) moyens d'admission ou d'échappement,
et en ce qu'en mode générateur : lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux comprimé (48) sont en outre reliés à des moyens de réchauffage (47) dudit azote gazeux comprimé, des moyens d'acheminement (50) dudit azote gazeux comprimé réchauffé provenant desdits moyens de réchauffage (47) sont reliés auxdits troisièmes moyens d'admission (45),
lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits troisièmes (45) et quatrièmes (44) moyens d'admission et d'échappement pour entraîner en mouvement ledit troisième piston (4) à l'intérieur de ladite troisième chambre (40) sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite troisième chambre (40), et ainsi produire de l'énergie mécanique transmise auxdits premier (3) et deuxième (4) pistons pour les entraîner en mouvement dans lesdites première (1) et deuxième (2) chambres.
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit troisième piston (4) est monté mobile à l'intérieur de ladite troisième chambre (40) entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission (45) en position d'ouverture et lesdits quatrièmes moyens d'échappement (44) en position d'obturation lorsque ledit troisième piston (4) est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre (40) ledit azote gazeux réchauffé, puis pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission (45) en position d'obturation et lesdits quatrièmes moyens d'échappement (44) en position d'obturation afin que ledit azote se détende à l'intérieur de ladite troisième chambre (40) en entraînant ledit troisième piston (4) vers son point mort bas et lesdits premier (3) et deuxième (4) piston en mouvement respectivement dans lesdites première (1) et deuxième (2) chambres, pour placer lesdits cinquièmes moyens d'échappement (44) en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'admission (45) en position d'obturation lorsque ledit troisième piston (4) est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite troisième chambre (40) l'azote détendu.
7. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit deuxième et ledit troisième pistons constituent un unique piston à double effet (4), lesdites deuxième (2) et troisième (40) chambres étant délimitées par une unique enveloppe et ledit piston à double effet (4).
8. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert (47) de ladite énergie thermique audit azote gazeux comprimé.
9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accumulation (HT) de ladite énergie thermique.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de transfert de chaleur (46) de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre (40) audit azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre (2), et des moyens d'acheminement (28), dans ladite deuxième chambre (2), de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre (40) ainsi refroidi dans lesdits moyens e transfert de chaleur (46).
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acheminement (35) de l'azote liquide contenu dans lesdits moyens de stockage (19) comprennent des moyens de réchauffage (21, 22, 54) dudit azote liquide.
12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que lesdits moyens de réchauffage dudit azote liquide comprennent, en mode moteur, des moyens d'acheminement d'air (52) reliés auxdits troisièmes moyens d'amission (44), et des moyens de transfert de chaleur audit azote liquide, lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission et d'échappement étant pilotés par lesdits moyens de pilotage de façon à comprimer ledit air dans ladite troisième chambre (40), afin de transférer la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre (40) audit azote liquide.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage sont configurés, en mode moteur, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission (45) en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'échappement (45) en position d'obturation lorsque ledit troisième piston (4) est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre (40) ledit air, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission (45) et lesdits troisièmes moyens d'échappement (45) en position d'obturation lorsque ledit troisième piston (4) se déplace vers son point mort haut pour comprimer ledit air dans ladite troisième chambre (40), puis pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission (45) en position d'obturation et lesdits troisièmes moyens d'échappement (45) en position d'ouverture pour évacuer de ladite troisième chambre (40) l'air y étant préalablement comprimé.
14 Système selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de transfert de la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre (40) audit azote liquide comprennent un serpentin (54) placé dans l'enveloppe périphérique de ladite troisième chambre (40), lesdits moyens d'acheminement dudit azote liquide comprenant ledit serpentin (54).
15. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de dudit azote liquide comprennent en outre des moyens d'échange de chaleur (22) entre ledit air véhiculé dans lesdits moyens d'acheminement d'air (52) et l'air provenant de ladite troisième chambre (40), et des moyens d'acheminement dans ladite deuxième chambre (2) de l'air provenant de ladite troisième chambre (40) ainsi réchauffé dans lesdits moyens d'échange de chaleur (22).
16. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réchauffage (38, 39, 17, 34, 15, 16), en mode moteur, dudit azote liquide à l'intérieur desdites première (1) et/ou deuxième (2) chambres.
17. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de rafraîchissement (33, 18, 34, 15), en mode générateur, dudit azote gazeux à l'intérieur de ladite deuxième chambre (2).
18. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour faire varier la cylindrée d'au moins une desdites chambres.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20300335U1 (de) * 2003-01-10 2003-03-27 Schmid, Heinrich, 94264 Langdorf Schadstofffreies Innenraumfahrzeug
US20100329903A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
US20110005226A1 (en) * 2007-07-05 2011-01-13 Daniel Ashikian System and method for storing, dissiminating, and utilizing energy in the form of gas compression and expansion including thermo-dynamic battery
US20110094230A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Matthias Finkenrath System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system
DE202012101448U1 (de) * 2012-04-19 2013-07-22 Gunter Krauss Stickstoffantriebssystem
WO2013155076A1 (fr) * 2012-04-13 2013-10-17 Scuderi Group, Inc. Systèmes de stockage de l'énergie sous forme d'air comprimé munis de moteurs à cycle divisé

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004032215A1 (de) * 2004-07-02 2006-01-26 Richter, Manfred Durch Über- und Unterdruck angetriebene Kraftmaschine
WO2009075897A2 (fr) * 2007-12-06 2009-06-18 Brigham Young University Procédés et systèmes permettant de générer de l'énergie à partir d'une turbine utilisant de l'azote sous pression

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20300335U1 (de) * 2003-01-10 2003-03-27 Schmid, Heinrich, 94264 Langdorf Schadstofffreies Innenraumfahrzeug
US20110005226A1 (en) * 2007-07-05 2011-01-13 Daniel Ashikian System and method for storing, dissiminating, and utilizing energy in the form of gas compression and expansion including thermo-dynamic battery
US20100329903A1 (en) * 2009-06-29 2010-12-30 Lightsail Energy Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
US20110094230A1 (en) * 2009-10-27 2011-04-28 Matthias Finkenrath System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system
WO2013155076A1 (fr) * 2012-04-13 2013-10-17 Scuderi Group, Inc. Systèmes de stockage de l'énergie sous forme d'air comprimé munis de moteurs à cycle divisé
DE202012101448U1 (de) * 2012-04-19 2013-07-22 Gunter Krauss Stickstoffantriebssystem

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