FR3113422A1 - Cycles thermodynamiques fermés moteurs à régime permanent ressemblants aux cycles de Ericsson et de Joule. - Google Patents
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Abstract
La plupart des cycles moteurs fermés à régime permanent sont difficiles à réaliser et sont restés à l’état de théorie ou ont des rendements médiocres. L’invention propose de réaliser des systèmes moteurs composés uniquement de compresseurs, de détenteurs et d’échangeurs de chaleur, pouvant matérialiser des cycles fermés moteurs à régime permanent ressemblants aux cycles de Ericsson ou de Joule, mais comportant uniquement des transformations polytropiques (9) et isobares (10). Voir figure 5.
Description
L’invention concerne la réalisation et la mise en pratique de nouveaux cycles thermodynamiques fermés moteurs à régime permanent.
Dans la thermodynamique classique des gaz parfaits ou semi-parfaits, tous les cycles fermés sont réalisés à partir des 5 principales transformations suivantes:
- la transformation Isobare,
- la transformation isochore,
- la transformation isotherme,
- la transformation isentropique,
- la transformation polytropique.
Ces transformations thermodynamiques sont parfaitement régies et encadrées par les lois de la physique. La combinaison et la liaison de plusieurs de ces transformations peuvent former un cycle fermé dans un diagramme de Clapeyron ou diagramme P V (Pression, Volume).
Par convention dans un diagramme de Clapeyron, quand le sens de circulation du gaz est horaire (ou trigonométrique inverse) le cycle est dit moteur.
Un cycle moteur est capable de fournir de l’énergie noble (mécanique ou électrique) à partir de l’énergie chaleur.
Les cycles moteurs fermés à régime permanent les plus célèbres sont, les cycles de Carnot, de Stirling, d’Ericsson, …
Etat de la technique
On constate que la plupart des cycles moteurs fermés à régime permanent, comme le cycle de Carnot ou comme le cycle de Ericsson sont restés à l’état de théorie. Le cycle de Stirling est mis en application pratique mais avec des rendements éloignés de ses valeurs théoriques. En effet, l’utilisation d’un absorbeur de chaleur au lieu d’un échangeur de chaleur et les espaces morts très importants dans les chambres de compression et/ou détente nuisent au bon rendement du cycle de Stirling.
Ce sont pourtant des cycles censés être les plus performants en termes de rendement pour produire de l’énergie noble (électrique ou mécanique) à partir de l’énergie chaleur.
Ces machines restent à l’état de théorie et ne font pas parties de notre quotidien à cause de la complexité de leur mise en œuvre.
La majorité des cycles thermodynamiques théoriques utilisent des transformations isentropiques. Ces transformations ont des valeurs théoriques Pression, Volume et Température éloignées des valeurs réelles données par les machines de compression ou de détente capables de les concrétiser.
La transformation isochore est difficile à mettre en œuvre pour un cycle fermé à régime permanent, car l’échange de chaleur doit se faire à volume constant.
La transformation isotherme est une compression ou détente à température constante. Pour cela, il faut intégrer un échangeur de chaleur ou un absorbeur de chaleur qui fonctionne en binôme pendant la détente ou la compression du gaz. Cette transformation est difficile à mettre en œuvre.
L’invention propose de concevoir une machine permettant de matérialiser une succession alternée de transformations isobares et polytropiques mises bouts à bouts pour suivre une courbe thermodynamique de forme quelconque dans un diagramme de Clapeyron (P, V).
Cette machine est conçue avec plusieurs chambres de compression et/ou de détente reliées à un arbre d’entraînement qui déplace simultanément les parois mobiles de ces chambres afin de synchroniser leurs variations de volumes et de simplifier la machine, ces chambres sont reliées directement à un ou plusieurs échangeur(s) de chaleur.
La variation de volume des chambres de compression ou de détente peut être réalisée par un déplacement de pistons, de membranes, de palettes, de dents de vis, de spirales, de pales de turbine ou de tous autres dispositifs capables d’emprisonner un gaz pour le comprimer ou le détendre.
Un assemblage de plusieurs de ces machines avec des d’échangeurs de chaleur donne un système moteur pouvant matérialiser des cycles thermodynamiques fermés moteurs à régime permanent ressemblant aux cycles de Ericsson ou de Joule, comportant uniquement des transformations isobares et polytropiques.
Les composants principaux du système moteur sont des compresseurs, des détendeurs et des échangeurs de chaleur.
Les chambres de compression ou de détente, des compresseurs ou des détendeurs, ont un coefficient polytropique k défini par une formule suivante:
où,
k est le coefficient polytropique du gaz (sans unité),
Prefest la pression refoulement du gaz (Pa ou N/m2),
Paspest la pression aspiration du gaz (Pa ou N/m2),
Trefest la température refoulement du gaz (K),
Taspest la température aspiration du gaz (K).
Des transformations thermodynamiques polytropiques, qui symbolisent les chambres de compression ou de détente, ont un coefficient polytropique k qui respecte une formule suivante :
où,
k est le coefficient polytropique du gaz (sans unité),
P est la pression du gaz (Pa ou N/m2),
V est le volume du gaz (m3).
Les valeursP, V, Tet la valeur du coefficient polytropique k de la transformation polytropique sont similaires aux valeursP,V,Tet à la valeur du coefficient polytropique k de la machine de compression et/ou de détente qui matérialise cette même transformation polytropique.
Des échangeurs de chaleur à pression constante permettent un échange de calories en continu entre un gaz interne à transformer et un fluide extérieur caloporteur, sans qu’il y ait un contact direct entre ce gaz interne et son fluide caloporteur, ces échangeurs de chaleur existent dans le commerce pour réaliser une transformation isobare réversible dans des cycles fermés à régime permanent. De ce fait, ils ne feront pas l’objet d’une description particulière.
Les composants mécaniques, compresseurs, détendeurs et échangeurs de chaleur, ayant des valeurs de fonctionnement réelles semblables aux valeurs théoriques des transformations thermodynamiques isobares et polytropiques qu’ils matérialisent, le système moteur, objet de cette invention, a un rendement pratique proche des rendements théoriques des cycles semblables aux cycles de Ericsson ou de Joule.
L’invention propose de réaliser des systèmes moteurs composés uniquement de compresseurs, de détenteurs et d’échangeurs de chaleur, pouvant matérialiser des cycles fermés moteurs à régime permanent ressemblants aux cycles de Ericsson ou de Joule, mais comportant uniquement des transformations polytropiques et isobares.
Les systèmes moteurs, utilisant des composants mécaniques avec des valeurs de fonctionnementP,V,Tetkproches des valeurs théoriques des transformations thermodynamiques qu’elles matérialisent, font que les rendements pratiques des systèmes moteurs, objets de cette invention, sont proches des bons rendements théoriques des cycles semblables aux cycles de Ericsson.
On décrira, à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, différents modes de réalisation préférés de l’invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels:
- [Fig 1]cette figure représente un exemple non limitatif d’une courbe thermodynamique de forme quelconque tracée dans un diagramme de Clapeyron (Pression, Volume).
- [Fig 2]cette figure représente une succession alternée de transformations polytropiques et isobares qui suit un tracé de la courbe thermodynamique de forme quelconque de la figure 1 dans un diagramme de Clapeyron.
- [Fig 3]cette figure représente une machine composée de plusieurs chambres de détente et/ou de compression et d’échangeurs de chaleur pour matérialiser la succession alternée de transformations polytropiques et isobares de la figure 2.
- [Fig 4]cette figure représente symboliquement la machine de la figure 3.
- [Fig 5]cette figure représente un cycle fermé moteur, ressemblant au cycle de Ericsson, dans un diagramme de Clapeyron.
- [Fig 6]cette figure représente le cycle de la figure 5 dans un diagramme TS (Température, Entropie).
- [Fig 7]cette figure représente un système moteur qui matérialise le cycle de la figure 5.
- [Fig 8]cette figure représente un cycle fermé moteur, ressemblant au cycle de Joule, dans un diagramme de Clapeyron.
- [Fig 9]cette figure représente le cycle de la figure 8 dans un diagramme TS.
- [Fig 10]cette figure représente un système moteur qui matérialise le cycle de la figure 8.
Description détaillée des modes de réalisation.
Cette description détaillée est un mode préféré de l’invention.
La représente une courbe thermodynamique d’une forme quelconque (7) dans un diagramme de Clapeyron.
Cette courbe(7)est une courbe purement théorique qui symbolise un cheminement simplifié d’un gaz interne à transformer pour aller d’un pointavers un pointbou inversement.
Dans un diagramme de Clapeyron, les pointsaetb, sont pris à titre d’exemple, ils ont respectivement pour abscisses des valeurs d’un volumeVaetVb, pour ordonnées des valeurs d’une pressionPaetPbet pour températures des valeursTaetTbsituées sur des isothermes (8).
La représente une succession alternée des transformations polytropiques (9) et isobares (10) mises bouts à bouts entre les points a et b dans un diagramme de Clapeyron.
La succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10)symbolise un cheminement réel d’un gaz interne à transformer pour aller du pointavers le pointbou inversement, et pour suivre au mieux un tracé de la courbe théorique(7)voir figure 1.
Des points intermédiairesa+1,…,b-1se trouvent aux entrées et sorties des transformations polytropiques(9)ou isobares(10),ces mêmes points intermédiaires sont situés alternativement de part et d’autre de la courbe théorique(7).
Des valeursP,V,TetDdu gaz interne, à chacun des points finaux et intermédiaires, respectent la loi de Mariotte, soit la formule suivante:
où,
Pa,…,Pb est la pression du gaz (N/m2),
Va,…,Vb est le volume du gaz (m3),
n est le nombre de môles (mol),
R est la constance des gaz parfaits (J/mol K ou mN/mol K),
Ta,…,Tb est la température du gaz (K).
Les transformations polytropiques(9)ne sont pas toutes de mêmes valeurs et de mêmes grandeurs tout comme les transformations isobares(10).Un nombre de transformations polytropiques(9)et isobares(10)est non limitatif, mais plus le nombre est important, mieux sera suivi le tracé de la courbe thermodynamique de forme quelconque(7).
Un début et une fin de la succession de transformations thermodynamiques peut être une transformation polytropique(9)ou isobare(10).
N’importe quelle forme d’une courbe thermodynamique théorique(7)peut être tracée dans un diagramme de Clapeyron et peut toujours être remplacée par une succession alternée des transformations polytropiques(9)et isobares(10).
La représente une machine (14) qui matérialise la succession alternée de transformations polytropiques (9) et isobares (10) voir figure 2, la machine (14) comporte:
- un ou plusieurs échangeurs de chaleur(11)qui échange(ent) des calories avec une source thermique extérieure à la machine, et
- une ou plusieurs chambres de compression et/ou de détente(12)ayant,
- un même coefficient polytropique k que celui des transformations polytropiques(9), et
- une liaison avec le ou les échangeur(s) de chaleur(11)de la machine(14).
Un gaz interne circule dans la machine(14)en passant successivement d’une chambre(12)à un échangeur de chaleur(11),en partant d’un pointasitué à l’entrée de la machine(14)vers un pointbsitué à la sortie de la machine(14)ou inversement en partant d’un pointbpour aller vers un pointa, le gaz interne passe également par des points intermédiairesa+1,…,b-1qui se trouvent aux entrées et sorties des chambres(12)ou des échangeurs(11).
Des valeursP,V,TetDdu gaz interne, à chacun de ces points finaux et intermédiaires respectent la formule[Math 3], les valeursPetVdu gaz interne, au niveau des points intermédiaires, positionnent ces mêmes points intermédiaires alternativement de part et d’autre de la courbe théorique(7)dans un diagramme de Clapeyron, voir figure 2.
Les échangeurs de chaleur(11)sont des appareils existants du commerce, ils peuvent être à plaques, à faisceaux de tubes, à double tube, à spirale ou de toutes autres formes permettant un échange de calories en continu entre un gaz interne à transformer et un fluide caloporteur extérieur, sans qu’il y ait un contact direct entre ce gaz interne et son fluide caloporteur.
Dans le cas où la machine(14)comporte plusieurs chambres de compression et/ou de détente(12), ces chambres peuvent être reliées entre elles par un arbre d’entrainement(19)qui déplace des paroi(s) mobile(s) de ces chambres(12),synchronisant la variation de leurs volumes internes.
Un nombre d’échangeurs de chaleur(11), des chambres de compression et/ou de détente(12)est choisi par rapport à une succession alternée des transformations polytropiques(9)et isobares(10)à satisfaire.
La représente symboliquement la machine (14) de la figure 3.
La montre un cycle thermodynamique fermé moteur dans un diagramme de Clapeyron (P, V), ressemblant au cycle de Ericsson, composé de:
- une succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10)mises bouts à bouts d’un point c à l’entrée vers un pointdà la sortie,
- une transformation isobare(10)d’un pointdà l’entrée vers un pointeà la sortie,
- une succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10)mises bouts à bouts d’un pointeà l’entrée vers un pointfà la sortie,
- une transformation isobare(10)d’un pointfà l’entrée vers un pointcà la sortie.
Le cycle ressemblant au cycle de Ericsson représente un cheminement réel d’un gaz interne à transformer qui part du pointcet qui revient au pointc, en passant successivement par les points intermédiairesd,eetf.
Les deux successions alternées de transformations polytropiques(9)et isobares(10)suivent approximativement deux isothermes(8).
Des points intermédiairesc+1,…,d-1ete+1,…,f-1se trouvent aux entrées et sorties des transformations polytropiques(9)ou isobares(10),ces mêmes points intermédiaires sont situés alternativement de part et d’autre des deux isothermes(8).
Une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTde = Te-Tddu gaz interne situé entre les pointsdeteest identique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTfc= Tc-Tfdu gaz interne situé entre les pointsfetc.
Une valeur énergétique de la transformation isobare(10)située entre les pointsdeteest identique et de sens opposé à une valeur énergétique de la transformation isobare(10)située entre les pointsfetc.
La montre, dans un diagramme TS, le cycle de la figure 5.
On constate qu’une températureTcdu gaz interne au pointcest supérieure à une températureTddu gaz interne au pointdet qu’une températureTfdu gaz interne au pointfest supérieure à une températureTedu gaz interne au pointe.
De ce fait, une quantité de chaleurQ, cédée par la transformation isobare(10)située entre les pointsfetc, est transférée naturellement et totalement vers la transformation isobare(10)située entre les pointsdetequi absorbe cette même quantité de chaleurQ.
La est un système moteur (15) qui matérialise le cycle de la figure 5, le système moteur (15) est constitué de:
- une machines(14’), agencée et conçue comme la machine(14)de la figure 3 ou de la figure 4, ayant uniquement des chambres de compression(12), cette machine(14’)matérialise une succession alternée des transformations polytropiques(9)et isobares(10), dans laquelle un gaz interne circule d’un pointcsitué à l’entrée vers un pointdsitué à la sortie de cette machine(14’), et
- une machines(14’’), agencée et conçue comme la machine(14)de la figure 3 ou de la figure 4, ayant uniquement des chambres de détente(12), cette machine(14’’)matérialise une succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10), dans laquelle un gaz interne circule du pointesitué à l’entrée vers le pointfsitué à la sortie de cette machine(14’’),
- un échangeur de chaleur(11), avec circulation du gaz interne et du fluide externe à contre sens, qui relie les deux machines(14’)et(14’’)comportant:
- un premier conduit dans lequel circule un gaz interne d’un pointfsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(14’’), vers un pointcsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(14’), le gaz interne cède ses calories dans l’échangeur de chaleur(11), et
- un deuxième conduit dans lequel circule un fluide externe d’un pointdsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(14’), vers un pointesitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(14’’), le fluide externe absorbe les calories du gaz interne du premier conduit dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’).
Dans le deuxième conduit de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’), le fluide externe et le gaz interne sont un même gaz, du fait que le gaz interne du premier conduit réalise une boucle dans la machine(14’)et revient dans le deuxième conduit pour circuler à contre sens du gaz interne qui circule dans le premier conduit, le gaz interne du premier conduit cède ses calories directement vers le gaz interne du deuxième conduit qui absorbe ces mêmes calories.
Dans le système moteur(15), le gaz interne, qui circule dans le premier conduit de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’), a une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTfc= Tc-Tfsitué entre les pointsfetcidentique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTde= Te-Tddu gaz interne situé entre les pointsdeteet qui circule dans le deuxième conduit de ce même échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’), de plus, une températureTfdu gaz interne situé au pointfest supérieure à une températureTedu gaz interne situé au pointeet une températureTcdu gaz interne situé au pointcest supérieure à une températureTddu gaz interne situé au pointd, pour qu’une quantité de chaleurQcédée par le gaz interne de ce premier conduit soit transférée naturellement et totalement vers le gaz interne de ce deuxième conduit qui absorbe cette même quantité de chaleurQ.
Des valeursP,V,TetDdu gaz interne, à chacun des pointsc,d,eetfrespectent la loi de Mariotte, soit la formule suivante:
Le gaz interne qui circule dans la machine(14’)d’un pointcsitué à l’entrée vers un pointdsitué à la sortie de cette machine(14’), passe également par des points intermédiairesc+1,…,d-1qui se trouvent aux entrées et sorties des chambres(12)ou des échangeurs(11), de même le gaz interne qui circule dans la machine(14’’)d’un pointesitué à l’entrée vers un pointfsitué à la sortie de cette machine(14’’), passe également par des points intermédiairese+1,…,f-1qui se trouvent aux entrées et sorties des chambres(12)ou des échangeurs(11), un circuit complet du gaz interne est une boucle fermée qui passe respectivement par les pointsc,d,e,fetcpour configurer le cycle fermé moteur à régime permanent de la figure 5 dans un diagramme thermodynamique.
Les mécanismes des chambres de compression et de détente(12)des deux machines(14’)et(14’’)peuvent être reliés par un arbre d’entrainement(19). L’arbre d’entrainement(19)permet de simplifier le système moteur(15)en ayant un seul mécanisme de réception du travail des chambres de compression et de détente(12). Il permet également un synchronisme de fonctionnement durable et parfait entre les compresseurs et détendeurs, de manière à avoir une circulation du gaz interne avec un débit massique constant.
Le système moteur(15)peut être enfermé dans une enceinte calorifugée pour ne pas subir les variations de température du milieu extérieur.
La montre un cycle thermodynamique fermé moteur dans un diagramme de Clapeyron (P, V), ressemblant au cycle de Joule, composé de:
- une succession alternée des transformations isobare(10)et polytropique(9)mises bouts à bouts d’un pointgà l’entrée vers un pointhà la sortie,
- une transformation isobare(10)d’un pointhà l’entrée vers un pointjà la sortie,
- une succession alternée de transformations isobare(10)et polytropique(9)mises bouts à bouts d’un pointjà l’entrée vers un pointmà la sortie,
- une transformation isobare(10)à l’entrée d’un pointmvers un pointgà la sortie.
Le cycle ressemblant au cycle de Joule représente un cheminement réel d’un gaz interne à transformer qui part du pointget revient au pointg, en passant successivement par les points intermédiairesh,jetm.
Un point intermédiaireg+1, situé dans la succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10), a une même pressionP(g+1)que celle des pointsgetm.
Un point intermédiairej+1, situé dans la succession alternée de transformations polytropiques(9)et isobares(10), a une même pressionP(j+1)que celle des pointsjeth.
Une valeur absolue d’un différentiel de températureΔThj= Tj-Thdu gaz interne entre les pointshetjest identique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTmg=Tg-Tmdu gaz interne entre les pointsmetg.
Une valeur énergétique de la transformation isobare(10)située entre les pointshetjest identique et de sens opposé à une valeur énergétique de la transformation isobare(10)située entre les pointsmetg.
La montre, dans un diagramme TS, le cycle de la figure 8. On constate qu’une température Tg du gaz interne situé au point g est supérieure à une température Th du gaz interne situé au point h et qu’une température Tm du gaz interne situé au point m est supérieure à une température Tj du gaz interne situé au point j.
De ce fait, une quantité de chaleurQ, cédée par la transformation isobare(10)située entre les pointsmetg, est transférée naturellement et totalement vers la transformation isobare(10)située entre les pointshetjqui absorbe cette même quantité de chaleurQ.
La est un système moteur (16) qui matérialise le cycle de la figure 8, le système moteur (16) est constitué de:
- une machine(17)agencée et conçue comme la machine(14)de la figure 3 ou de la figure 4, mais avec une quantité minimale de composants, soit :
- un échangeur de chaleur(11)qui cède ses calories à une source thermique extérieure au système, dans lequel un gaz interne circule d’un pointgsitué à l’entrée vers un pointg+1situé à la sortie de l’échangeur de chaleur(11), et
- une chambre de compression(12), dans laquelle un gaz interne circule d’un pointg+1situé à l’entrée vers un pointhsitué à la sortie de la chambre de compression(12),
- une machine(18)agencée et conçue comme la machine(14)de la figure 3 ou de la figure 4, mais avec une quantité minimale de composants, soit:
- un échangeur de chaleur(11)qui absorbe des calories d’une source thermique extérieure au système, dans lequel un gaz interne circule d’un pointjsitué à l’entrée vers un pointj+1situé à la sortie de l’échangeur de chaleur(11),
- une chambre de détente(12), dans laquelle un gaz interne circule d’un pointj+1situé à l’entrée vers un pointmsitué à la sortie de la chambre de détente(12),
- un échangeur de chaleur(11), avec circulation du gaz interne et du fluide externe à contre sens, qui relie les deux machines(17)et(18)comportant:
- un premier conduit dans lequel circule un gaz interne d’un pointmsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(18), vers un pointgsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(17), le gaz interne cède ses calories dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machine(17)et(18), et
- un deuxième conduit dans lequel circule un fluide externe d’un pointhsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(17), vers un pointjsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(18), le fluide externe absorbe les calories du gaz interne du premier conduit dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18).
Dans le deuxième conduit de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), le fluide externe et le gaz interne sont un même gaz, du fait que le gaz interne du premier conduit réalise une boucle dans la machine(17)et revient dans le deuxième conduit pour circuler à contre sens du gaz interne qui circule dans le premier conduit, le gaz interne du premier conduit cède ses calories directement vers le gaz interne du deuxième conduit qui absorbe ces mêmes calories.
Dans le système moteur(16), le gaz interne, qui circule dans le premier conduit de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), a une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTmg=Tg-Tmdu gaz interne situé entre les pointsmetgidentique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔThj=Tj-Thdu gaz interne situé entre les pointshetjet qui circule dans le deuxième conduit de ce même échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), de plus, une températureTmdu gaz interne situé au pointmest supérieure à une températureTjdu gaz interne situé au pointjet une températureTgdu gaz interne situé au pointgest supérieure à une températureThdu gaz interne situé au pointh, pour qu’une quantité de chaleurQcédée par le gaz interne du premier conduit soit transférée naturellement et totalement vers le gaz interne du deuxième conduit qui absorbe cette même quantité de chaleurQ.
Des valeursP,V,TetDdu gaz interne, à chacun des pointsg,g+1,h,j,j+1etmrespectent la loi de Mariotte, soit la formule suivante:
Une pressionP(g+1),du gaz interne situé au pointg+1,est identique aux pressions du même gaz interne situé aux pointsgetm. Une pressionP(j+1),du gaz interne situé au pointj+1,est identique aux pressions du même gaz interne situé aux pointsjeth. Un circuit complet du gaz interne est une boucle fermée qui passe respectivement par les pointsg,g+1,h,j,j+1,metgpour configurer un cycle fermé à régime permanent ressemblant à un cycle de Joule, voir figure 8, dans un diagramme de Clapeyron.
Les mécanismes des chambres de compression et de détente(12)des deux machines(17)et(18)peuvent être reliés par un arbre d’entrainement(19). L’arbre d’entrainement(19)permet de simplifier le système moteur(16)en ayant un seul mécanisme de réception du travail des chambres de compression et de détente(12). Il permet également un synchronisme de fonctionnement durable et parfait entre les compresseur et détendeur, de manière à avoir une circulation du gaz interne avec un débit massique constant.
Le système moteur(16)peut être enfermé dans une enceinte calorifugée pour ne pas subir les variations de température du milieu extérieur
Claims (7)
- Machine thermodynamique(14), matérialisant une succession alternée de transformations polytropiques et isobares, dans laquelle circule un gaz pour aller d’un pointavers un pointbou inversement tout en suivant une courbe quelconque(7)dans un diagramme de Clapeyron, caractérisé en ce que cette machine (14) est composée :
- de un ou plusieurs échangeurs de chaleur(11)qui échange(nt) des calories avec une source thermique extérieure à la machine, et
- de une ou plusieurs chambres de compression et/ou de détente(12)reliée(s) aux échangeurs de chaleur(11),
- Système moteur (15) comportant des machines (14’) et (14’’) conforment à la revendication 1, caractérisé en ce que ce système moteur (15) est composé de :
- une machines(14’), dont les chambres(12)sont des chambres de compression, dans laquelle un gaz interne circule d’un pointcsitué à l’entrée vers un pointdsitué à la sortie de cette machine(14’), et
- une machines(14’’), dont les chambres(12)sont des chambres de détente, dans laquelle un gaz interne circule d’un pointesitué à l’entrée vers un pointfsitué à la sortie de cette machine(14’’), et
- un échangeur de chaleur(11), avec circulation du gaz interne et du fluide externe à contre sens, qui relie les deux machines(14’)et(14’’)comportant:
- un premier conduit dans lequel un gaz interne circule d’un pointfsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(14’’), vers un pointcsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(14’), le gaz interne cède ses calories, et
- un deuxième conduit dans lequel un fluide externe circule d’un pointdsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(14’), vers un pointesitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(14’’), le fluide externe absorbe les calories du gaz interne du premier conduit dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’),
- Système moteur(15)selon la revendication 2 , caractérisé en ce que dans le système moteur(15), le premier conduit, de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’), a une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTfc=Tc-Tfdu gaz interne situé entre les pointsfetcidentique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTde=Te-Tddu gaz interne situé entre les pointsdetedu deuxième conduit de ce même échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(14’)et(14’’), une températureTfdu gaz interne situé au pointfest supérieure à une températureTedu gaz interne situé au pointeet une températureTcdu gaz interne situé au pointcest supérieure à une températureTddu gaz interne situé au pointd, pour qu’une quantité de chaleurQcédée par le gaz interne de ce premier conduit soit transférée naturellement et totalement vers le gaz interne de ce deuxième conduit qui absorbe cette même quantité de chaleurQ.
- Système moteur(16)comportant des machines(17)et(18)conforment à la revendication 1, caractérisé en ce que ce système moteur(16)est composé de :
- une première machine(17)comprenant une quantité minimale de composants, soit:
- un échangeur de chaleur(11)qui cède ses calories à une source thermique extérieure au système, dans lequel un gaz interne circule d’un pointgsitué à l’entrée vers un pointg+1situé à la sortie de l’échangeur de chaleur(11)de la machine(17), et
- une chambre de compression(12), dans laquelle un gaz interne circule d’un pointg+1situé à l’entrée vers un pointhsitué à la sortie de la chambre de compression(12), et
- une deuxième machine(18)comprenant une quantité minimale de composants, soit:
- un échangeur de chaleur(11)qui absorbe des calories d’une source thermique extérieure au système, dans lequel un gaz interne circule d’un pointjsitué à l’entrée vers un pointj+1situé à la sortie de l’échangeur de chaleur(11), et
- une chambre de détente(12), dans laquelle un gaz interne circule d’un pointj+1situé à l’entrée vers un pointmsitué à la sortie de la chambre de détente(12), et
- un échangeur de chaleur(11),avec circulation du gaz interne et du fluide externe à contre sens, qui relie les deux machines(17)et(18)comportant:
- un premier conduit dans lequel circule un gaz interne d’un pointmsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(18), vers un pointgsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(17), le gaz interne cède ses calories dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), et
- un deuxième conduit dans lequel circule un fluide externe d’un pointhsitué à l’entrée, qui est également le point situé à la sortie de la machine(17), vers un pointjsitué à la sortie, qui est également le point situé à l’entrée de la machine(18), le fluide externe absorbe les calories du gaz interne du premier conduit dans l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18),
- une première machine(17)comprenant une quantité minimale de composants, soit:
- Système moteur(16)selon la revendication 4, caractérisé en ce que dans le système moteur(16), le premier conduit, de l’échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), a une valeur absolue d’un différentiel de températureΔTmg=Tg-Tmdu gaz interne situé entre les pointsmetgidentique à une valeur absolue d’un différentiel de températureΔThj=Tj-Thdu gaz interne situé entre les pointshetjdu deuxième conduit de ce même échangeur de chaleur(11)situé entre les deux machines(17)et(18), une températureTmdu gaz interne situé au pointmest supérieure à une températureTjdu gaz interne situé au pointjet une températureTgdu gaz interne situé au pointgest supérieure à une températureThdu gaz interne situé au pointh, pour qu’une quantité de chaleurQcédée par le gaz interne de ce premier conduit soit transférée naturellement et totalement vers le gaz interne de ce deuxième conduit qui absorbe cette même quantité de chaleurQ.
- Dispositif selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisés en ce qu’un arbre d’entrainement(19)relie les mécanismes d’entrainement des chambres de compression et/ou de détente(12)contenues dans les machines(14),(14’),(14’’),(17),(18)et les systèmes(15),(16).
- Dispositif selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’une enceinte, qui enferme l’une des machines(14),(14’),(14’’),(17),(18)ou l’un des systèmes(15),(16), est calorifugée.
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|---|---|---|---|
| FR2008515A FR3113422A1 (fr) | 2020-08-15 | 2020-08-15 | Cycles thermodynamiques fermés moteurs à régime permanent ressemblants aux cycles de Ericsson et de Joule. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2008515A FR3113422A1 (fr) | 2020-08-15 | 2020-08-15 | Cycles thermodynamiques fermés moteurs à régime permanent ressemblants aux cycles de Ericsson et de Joule. |
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|---|---|
| FR3113422A1 true FR3113422A1 (fr) | 2022-02-18 |
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ID=73401697
Family Applications (1)
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2020
- 2020-08-15 FR FR2008515A patent/FR3113422A1/fr not_active Ceased
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