FR3003601A1 - Systeme mecanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'energie mecanique a partir dudit azote liquide. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 5 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 10 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 15 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. 20 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 25 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 couteux 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 oeuvre 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 oeuvre d'un réseau d'acheminement, de moyens de stockage et d'approvisionnement adaptés et couteux. 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 oeuvre 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 oeuvre 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 configure 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 entrainer 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 10 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 15 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 20 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 : 25 - 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 30 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 oeuvre 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 configure 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 entrainer 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 30 utilisée pour entrainer 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 entrainer 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 entrainer 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 30 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 entrainant 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 oeuvre 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 rafraichissement, 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 rafraichie en sortie de celui-ci peut alors être injectée comme eau de rafraichissement 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre pendant le mode générateur, lesdits moyens de compression comprenant lesdits premiers ou deuxièmes moyens de détente. Les moyens mis en oeuvre pour comprimer le gaz à l'état gazeux en mode générateur comprennent donc certains des moyens mis en oeuvre 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.

Il 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 oeuvre 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.

Il 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 oeuvre 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 rafraichissement 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 rafraichissement 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'entrainement montés mobiles à l'intérieur desdites chambres en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entrainement engendre un entrainement 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'entrainement 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 entrainées 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'entrainement liés à ladite sortie en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entrainement engendre un entrainement 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'entrainement logés à l'intérieur de celle-ci.

Les moyens d'entrainement logés dans l'unique enceinte constituent donc un système à double effet dont la mise en oeuvre conduit à ce que l'effort pour assurer une compression d'un côté des moyens d'entrainement dans l'une des chambres est dans certains cas produit par la détente d'un gaz de l'autre côté des moyens d' entrainement 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 entrainés 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 entrainement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d' entrainement. Inversement, un entrainement 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 oeuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entrainés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entrainer 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 entrainer la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entrainer 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 entrainé 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 oeuvre 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 entrainé 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 entrainant 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 oeuvre 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 entrainer 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 entrainé 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 l'échauffement des chambres lors de long freinage. Ce rafraichissement 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 entrainer un générateur de courant avec l'arbre. Ainsi, en poste fixe, le système peut par exemple être mis en oeuvre 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 oeuvre 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 entrainement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d' entrainement. Inversement, un entrainement 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 oeuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entrainés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entrainer 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 entrainer la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entrainer 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 oeuvre 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 entrainé 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'entrainer 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 oeuvre) 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 entrainé 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 entrainant 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 oeuvre 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 oeuvre 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 entrainer avec l'arbre moteur un générateur de courant. Dans ce cas, l'arbre moteur peut entrainer 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 entrainant 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 entrainant 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 oeuvre 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 entrainé 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'entrainer 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 entrainer 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 entrainé 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 rafraichissement 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 oeuvre 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 11 un exemple parmi d'autres de mécanisme pouvant être mis en oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre 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'entrainement 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 oeuvre 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 oeuvre 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 (18)

1. REVENDICATIONS1. 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 (11) 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 (11) 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 configure 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'acheminementd'azote non liquéfié (32) débouchant dans lesdits moyens d'échange de chaleur avec ledit azote comprimé, lesdits moyens moteurs étant configurés pour entrainer lesdits premier et deuxième pistons (3, 4) en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres (1,
2. 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) ; - un 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 (11) 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 entrainer 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. 3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième pistons (3,
4. 4) sont montés mobiles dans lesdites première et deuxièmechambres (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 moyensd'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. 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 entrainer 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 entrainer en mouvement dans lesdites première (1) et deuxième (2) chambres.
6. 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 entrainant 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. 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. 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. 9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'accumulation (HT) de ladite énergie thermique.
10. 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. 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. 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), etdes 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. 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. 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. 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 provenantde ladite troisième chambre (40) ainsi réchauffé dans lesdits moyens d'échange de chaleur (22).
16. 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. 17. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de rafraichissement (33, 18, 34, 15), en mode générateur, dudit azote gazeux à l'intérieur de ladite deuxième chambre (2).
18. 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.