FR3122248A1 - Machine thermique avec compresseur alimenté par une colonne manométrique - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine (200, 210) thermique comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant un compresseur (201, 211) apte à comprimer le fluide frigorigène, un condenseur (202, 212) apte à condenser le fluide frigorigène, un détendeur (203, 213) apte à détendre le fluide frigorigène et un évaporateur (204, 214) apte à évaporer le fluide frigorigène, où le compresseur (201, 211) comprend une pompe refoulante (1) du type à une enceinte motrice (2) et un piston moteur (13) alimentée par une colonne manométrique et à au moins une chambre multiplicatrice (5, 6) et autant de piston multiplicateur (52, 62), apte à comprimer le fluide frigorigène.
Figure d’abrégé : Figure 2
Description
L’invention concerne une machine thermique, destinée à produire du froid ou du chaud.
Il est connu de réaliser une machine thermique ou groupe froid. Une telle machine thermique comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène. Ledit circuit comprend, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur, un premier échangeur ou condenseur, un détendeur et un deuxième échangeur ou évaporateur. Le compresseur est apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température. Le fluide frigorigène est ensuite transmis au condenseur qui refroidit le fluide frigorigène en fournissant de la chaleur à l’extérieur. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à un détendeur qui détend le fluide frigorigène en réduisant sa pression. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à l’évaporateur qui réchauffe le fluide frigorigène en refroidissant l’extérieur. Le fluide frigorigène est ensuite transmis à nouveau au compresseur.
Une telle machine thermique est ainsi apte à produire du froid, au niveau de l’évaporateur et/ou du chaud, au niveau du condenseur.
Si le condenseur, le détendeur et l’évaporateur sont des éléments passifs, il faut fournir de l’énergie pour que le compresseur fonctionne. Aussi, en fonction de l’énergie utilisée, le coût de la production de froid peut se mesurer à l’énergie dépensée pour faire fonctionner le compresseur. Ainsi, dans un réfrigérateur, de l’énergie électrique est consommée pour faire fonctionner le compresseur et produire le froid.
Il est encore connu, du document WO 2020152402 des demandeurs, une pompe refoulante apte à être alimentée par une colonne manométrique. Une telle pompe est classiquement utilisée pour le pompage ou le relevage d’eau, par exemple pour l’irrigation, mais aussi pour la consommation. Le fluide de fonctionnement est de l’eau issue de la colonne manométrique. Le fluide de refoulement est de l’eau d’irrigation ou de consommation. Une telle pompe est avantageuse en ce qu’elle fonctionne à partir d’une énergie gravitaire provenant d’une colonne manométrique, aisément renouvelable et donc sensiblement gratuite.
Aussi, l’ingéniosité de la présente invention consiste à utiliser ladite pompe, alimentée par une colonne manométrique, pour former le compresseur et comprimer le fluide frigorigène d’une machine thermique, afin de produire du froid et/ou du chaud à partir d’une énergie renouvelable, abondamment disponible et donc sensiblement gratuite.
Pour cela, l’invention a pour objet une machine thermique comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température, un premier échangeur thermique entre fluide frigorigène et premier médium ou condenseur apte à condenser le fluide frigorigène en le refroidissant en fournissant de la chaleur au premier medium, un détendeur apte à détendre le fluide frigorigène en réduisant sa pression et un deuxième échangeur thermique entre fluide frigorigène et deuxième médium ou évaporateur apte à évaporer le fluide frigorigène en le réchauffant en absorbant de la chaleur du médium, et à le transmettre à nouveau au compresseur, où le compresseur comprend une pompe refoulante du type à une enceinte motrice et un piston moteur alimentée par une colonne manométrique et à au moins une chambre multiplicatrice et autant de piston multiplicateur, apte à comprimer le fluide frigorigène.
Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont :
- la machine thermique comprend encore un moteur pneumatique alimenté, via une conduite d’entrée par le fluide frigorigène en provenance du compresseur et rejetant le fluide frigorigène via une conduite de sortie, le moteur pneumatique comprenant un étranglement à son échappement formant le détendeur, la conduite de sortie entourant la conduite d’entrée de manière à former un premier échangeur ou condenseur, la conduite de sortie desservant le deuxième échangeur ou évaporateur,
- la conduite de sortie est calorifugée,
- la machine thermique comprend encore un générateur électrique entraîné par le moteur pneumatique,
- le fluide frigorigène est de l’air sec et sans dioxyde de carbone,
- le circuit fermé de fluide frigorigène est pré-comprimé à une pression élevée, préférentiellement égale à 40 bars,
- le deuxième médium, refroidi par le deuxième échangeur ou évaporateur, circule dans un circuit fermé,
- la pompe refoulante comprend une enceinte motrice à l’intérieur de laquelle un piston moteur coulisse selon un axe alternativement entre une première position d’extrémité et une deuxième position d’extrémité sous l’action d’un fluide de fonctionnement sous pression, le piston moteur séparant l’enceinte motrice en une première chambre motrice et une deuxième chambre motrice, une première chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie et une deuxième chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie, pour respectivement, recevoir et évacuer un fluide de refoulement, un premier piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la première chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un deuxième piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la deuxième chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice et le sens de coulissement du piston moteur, la première chambre motrice comprenant une première entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice comprenant une première sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution, la deuxième chambre motrice comprenant une deuxième entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice comprenant une deuxième sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution, le dispositif de distribution alternée comprenant au moins un dispositif d’obturation comportant quatre organes mobiles d’obturation des première et deuxième entrées et des première et deuxième sorties et au moins un déclencheur configuré pour actionner lesdits organes d’obturation entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture, le dispositif de distribution alternée étant actionnable entre : - une première disposition associée au premier cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa deuxième position, deux des organes mobiles obturent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la première entrée et la première sortie, - une deuxième disposition associée au deuxième cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa première position, deux des organes mobiles obturent respectivement la première entrée et la première sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie,
- le déclencheur est configuré pour être actionné par le piston moteur, au moins lorsque ce dernier est dans une de ses positions d’extrémité,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en série, l’amont de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième entrées et l’aval de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième sorties, via un premier régulateur de pression,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en dérivation, un piquage amont reliant la canalisation à la première et à la deuxième entrées et un piquage aval reliant la canalisation à la première et à la deuxième sorties, la canalisation comprenant encore un deuxième régulateur de pression entre le piquage amont et le piquage aval,
- la canalisation comprend encore un troisième régulateur de pression, disposé à l’aval du piquage aval.
- la machine thermique comprend encore un moteur pneumatique alimenté, via une conduite d’entrée par le fluide frigorigène en provenance du compresseur et rejetant le fluide frigorigène via une conduite de sortie, le moteur pneumatique comprenant un étranglement à son échappement formant le détendeur, la conduite de sortie entourant la conduite d’entrée de manière à former un premier échangeur ou condenseur, la conduite de sortie desservant le deuxième échangeur ou évaporateur,
- la conduite de sortie est calorifugée,
- la machine thermique comprend encore un générateur électrique entraîné par le moteur pneumatique,
- le fluide frigorigène est de l’air sec et sans dioxyde de carbone,
- le circuit fermé de fluide frigorigène est pré-comprimé à une pression élevée, préférentiellement égale à 40 bars,
- le deuxième médium, refroidi par le deuxième échangeur ou évaporateur, circule dans un circuit fermé,
- la pompe refoulante comprend une enceinte motrice à l’intérieur de laquelle un piston moteur coulisse selon un axe alternativement entre une première position d’extrémité et une deuxième position d’extrémité sous l’action d’un fluide de fonctionnement sous pression, le piston moteur séparant l’enceinte motrice en une première chambre motrice et une deuxième chambre motrice, une première chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie et une deuxième chambre multiplicatrice comprenant une entrée et une sortie, pour respectivement, recevoir et évacuer un fluide de refoulement, un premier piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la première chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un deuxième piston multiplicateur, relié au piston moteur, coulissant dans la deuxième chambre multiplicatrice pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice, un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice et le sens de coulissement du piston moteur, la première chambre motrice comprenant une première entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice comprenant une première sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution, la deuxième chambre motrice comprenant une deuxième entrée pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice comprenant une deuxième sortie pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution, le dispositif de distribution alternée comprenant au moins un dispositif d’obturation comportant quatre organes mobiles d’obturation des première et deuxième entrées et des première et deuxième sorties et au moins un déclencheur configuré pour actionner lesdits organes d’obturation entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture, le dispositif de distribution alternée étant actionnable entre : - une première disposition associée au premier cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa deuxième position, deux des organes mobiles obturent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la première entrée et la première sortie, - une deuxième disposition associée au deuxième cycle de distribution dans laquelle le piston moteur se déplace vers sa première position, deux des organes mobiles obturent respectivement la première entrée et la première sortie, et les deux autres organes mobiles ouvrent respectivement la deuxième entrée et la deuxième sortie,
- le déclencheur est configuré pour être actionné par le piston moteur, au moins lorsque ce dernier est dans une de ses positions d’extrémité,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en série, l’amont de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième entrées et l’aval de la canalisation étant connecté à la première et à la deuxième sorties, via un premier régulateur de pression,
- la colonne manométrique comprend une canalisation en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante étant connectée en dérivation, un piquage amont reliant la canalisation à la première et à la deuxième entrées et un piquage aval reliant la canalisation à la première et à la deuxième sorties, la canalisation comprenant encore un deuxième régulateur de pression entre le piquage amont et le piquage aval,
- la canalisation comprend encore un troisième régulateur de pression, disposé à l’aval du piquage aval.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d’exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles :
En référence à la , une machine thermique 200 comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène. Ce circuit comprend, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur 201, un condenseur 202, un détendeur 203 et un évaporateur 204.
Le compresseur 201 est apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température en provenance de l’évaporateur 204, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température. De par sa circulation, induite par le compresseur 201, le fluide frigorigène rejoint ensuite le condenseur 202.
Le condenseur 202 est un premier échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un premier médium. Le premier médium peut être un autre circuit séparé ou simplement un milieu extérieur entourant le condenseur 202, tel de l’air ambiant. Le condenseur 202 est apte à condenser le fluide frigorigène en le refroidissant. Ceci se fait en prélevant le froid du premier médium, soit en fournissant de la chaleur au premier medium. Le fluide frigorigène poursuit sa circulation pour atteindre le détendeur 203.
Le détendeur 203 est typiquement un trou calibré laissant passer le fluide frigorigène. Le détendeur 203 est apte à détendre le fluide frigorigène en réduisant sa pression. La détente ainsi réalisée est la principale source de production de froid. Le fluide frigorigène poursuit sa circulation pour atteindre l’évaporateur 204.
L’évaporateur 204 est un deuxième échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un deuxième médium. Le deuxième médium peut être un autre circuit séparé ou simplement un milieu extérieur entourant l’évaporateur 204, tel de l’air ambiant. L’évaporateur 204 est apte à évaporer le fluide frigorigène en le réchauffant en absorbant de la chaleur du deuxième médium.
Le fluide frigorigène poursuit sa course et est transmis à nouveau au compresseur 201.
Une telle machine thermique 200, fonctionnant de manière cyclique, permet de produire de la chaleur au niveau du condenseur 202 et du froid au niveau de l’évaporateur 204.
Selon une caractéristique de l’invention, le compresseur 201 est réalisé par une pompe refoulante 1 du type à une enceinte motrice 2 et un piston moteur 13 alimentée par une colonne manométrique et à deux chambres multiplicatrices 5, 6 et deux pistons multiplicateurs 52, 62, apte à comprimer le fluide frigorigène.
Une telle pompe 1, inventée par les demandeurs, est décrite en détail dans le document WO 2020152402, auquel on se reportera avec profit.
La machine thermique 200 de la est une machine à détente simple ou directe. Il est encore possible de réaliser une machine à détente indirecte ou Joule Thomson. Telle qu’illustrée à la , une telle machine 210 reprend toutes les caractéristiques d’une machine thermique 200 à détente directe. Elle comprend un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène. Ce circuit comprend, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur 211, un condenseur 212, un détendeur 213 et un évaporateur 214. Elle comprend encore un moteur pneumatique 215. Ce moteur pneumatique 215 est alimenté via une conduite d’entrée 216 par le fluide frigorigène en provenance du compresseur 211. Il rejette le fluide frigorigène via une conduite de sortie 217. Le moteur pneumatique 215 comprend un étranglement à son échappement, soit au niveau de sa sortie. Cet étranglement forme le détendeur 213. La détente refroidit le fluide frigorigène. La conduite de sortie 217 entoure la conduite d’entrée 216 et présente avec cette dernière une grande surface commune d’échange thermique, de manière à former un premier échangeur entre la conduite d’entrée 216 et la conduite de sortie 217. Cet échangeur tient lieu de condenseur 212. La conduite de sortie 217 rejoint un deuxième échangeur qui fait fonction d’évaporateur 214. Aussi, la machine thermique 210 présente toutes les caractéristiques d’une machine thermique à détente directe 200.
Selon une autre caractéristique, dans la machine thermique 210 la conduite de sortie 217, au moins dans la partie où elle enveloppe la conduite d’entrée 216, est calorifugée, afin de limiter les échanges thermiques avec le milieu ambiant et privilégier les échanges entre la conduite d’entrée 216 et la conduite de sortie 217.
Dans le cas d’une détente de type Joule Thomson, il est avantageux, pour le rendement de la machine thermique, que le moteur pneumatique 215 soit freiné par un couple résistant. Aussi, selon une autre caractéristique, la machine thermique 210 comprend encore avantageusement un générateur électrique 218 entraîné par le moteur pneumatique 215. Ceci présente un double avantage d’améliorer le fonctionnement thermique de la machine thermique 210 tout en permettant une cogénération d’électricité.
Cette électricité peut avantageusement être utilisée pour assurer la diffusion du froid produit, par une circulation dans le circuit secondaire de refroidissement 219.
Selon une autre caractéristique, la machine thermique 210 fonctionne avec pour fluide frigorigène de l’air. Cet air est avantageusement sec pour ne pas risquer de fabriquer de la glace. Cet air est encore débarrassé de tout dioxyde de carbone, pour ne pas risquer de produire de la neige carbonique. Un tel fluide frigorigène est particulièrement avantageux en ce qu’il est écologique et ne provoque aucun danger en cas de fuite.
Il est connu qu’une même quantité d’énergie est nécessaire pour comprimer un gaz de 1 à 10 bars ou de 10 à 100 bars. Cependant, la production de froid résultant de la détente dans le deuxième cas, produit 10 fois plus de froid que dans le premier cas. Aussi, il est avantageux que le circuit fermé contenant le fluide de refoulement, soit ici le fluide frigorigène, soit pré-comprimé à une pression élevé, préférentiellement égale à 40 bars.
Il a été vu que le froid est disponible au niveau de l’évaporateur 214. Cet évaporateur 214 est un échangeur thermique entre le fluide frigorigène et un deuxième médium. Ce deuxième médium peut être directement l’air extérieur autour de l’évaporateur 214. Selon une autre caractéristique, le deuxième médium, refroidi par le deuxième échangeur ou évaporateur 214, circule préférentiellement dans un circuit fermé 219 secondaire de refroidissement. Une telle caractéristique permet de diffuser, au moyen d’une circulation du deuxième médium, le froid produit par la machine thermique 210 dans des lieux plus distants pour les refroidir. Dans ce cas le deuxième médium est avantageusement un liquide caloporteur.
Que ce soit une machine thermique 200 à détente simple ou une machine thermique 210 à détente Joule Thomson, le compresseur 201, 211 est une pompe refoulante 1 apte à fonctionner avec l’énergie apportée par une colonne manométrique.
Telle qu’illustrée à la , une telle pompe refoulante 1 comprend une enceinte motrice 2 à l’intérieur de laquelle un piston moteur 13 coulisse selon un axe X alternativement entre une première position P1 d’extrémité et une deuxième position P2 d’extrémité. Ce coulissement alternatif est produit par l’action d’un fluide de fonctionnement sous pression. Le piston moteur 13 sépare l’enceinte motrice 2 en une première chambre motrice 3 et une deuxième chambre motrice 4. La pompe 1 comprend encore une première chambre multiplicatrice 5 comprenant une entrée 50 et une sortie 51. De manière optionnelle, elle peut encore comprendre une deuxième chambre multiplicatrice 6 comprenant une entrée 60 et une sortie 61. Les entrées 50, 60, permettent de recevoir un fluide de refoulement. Les sorties 51, 61 permettent d’évacuer le fluide de refoulement.
Dans la machine thermique, les deux entrées 50, 60 sont avantageusement connectées à la sortie du circuit fermé issu de l’évaporateur 204, 214. Cette connexion est réalisée, tel qu’illustré à la , avantageusement via des clapets anti-retour, disposés dans le sens de circulation du fluide frigorigène. De même, les deux sorties 51, 61 sont avantageusement connectées à l’entrée du circuit fermé rejoignant le condenseur 202, 212. Cette connexion est réalisée, tel qu’illustré à la , avantageusement via des clapets anti-retour, disposés dans le sens de circulation du fluide frigorigène.
Un premier piston multiplicateur 52, relié au piston moteur 13 coulisse dans la première chambre multiplicatrice 5 pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice 5. De même, un deuxième piston multiplicateur 62, relié au piston moteur 13, coulisse dans la deuxième chambre multiplicatrice 6 pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice 5.
Il est ainsi distingué un premier circuit de fonctionnement, comprenant une enceinte motrice 2 dans laquelle circule un fluide de fonctionnement, ici typiquement de l’eau issue d’une colonne manométrique. Ceci mobilise alternativement le piston moteur 13. De par sa liaison mécanique avec les pistons multiplicateurs 52, 53, le mouvement du piston moteur 13 est transmis au pistons multiplicateurs 52, 53. Un deuxième circuit de refoulement, fluidiquement isolé du circuit de fonctionnement, comprend les chambres multiplicatrices 5, 6, dans lesquelles circule un fluide de refoulement, ici le fluide frigorigène. Le mouvement des pistons multiplicateurs 52, 53 permet de comprimer le fluide frigorigène.
La pompe 1 transforme une énergie de pression issue de la colonne manométrique, en une translation alternée du piston moteur 13. Cet alternat est obtenu au moyen d’un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice 2 et alterner le sens de coulissement du piston moteur 13. Ceci s’effectue selon une succession périodique comprenant alternativement un premier cycle de distribution et un deuxième cycle de distribution.
La première chambre motrice 3 comprend une première entrée E1 pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice 4 comprend une première sortie S1 pour évacuer le fluide de fonctionnement lors du premier cycle de distribution. Ainsi, au cours d’un premier cycle de distribution, le piston moteur 13 se déplace dans un premier sens.
La deuxième chambre motrice 4 comprend une deuxième entrée E2 pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice 3 comprend une deuxième sortie S2 pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution. Ainsi, au cours d’un deuxième cycle de distribution, le piston moteur 13 se déplace dans un deuxième sens, opposé au premier sens.
Pour obtenir cet alternat, le dispositif de distribution alterne entre une distribution de fluide de fonctionnement par la première entrée E1 avec récupération par la première sortie S1 et une distribution de fluide de fonctionnement par la deuxième entrée E2 avec récupération par la deuxième sortie S2. Pour cela, le dispositif de distribution alternée comprend au moins un dispositif d’obturation 7 comportant quatre organes mobiles d’obturation 70-73 des première et deuxième entrées E1, E2 et des première et deuxième sorties S1, S2 et au moins un déclencheur 8, 9 configuré pour actionner lesdits organes d’obturation 70-73 entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture.
Le dispositif de distribution alternée est actionnable entre une première disposition, associée au premier cycle de distribution, dans laquelle le piston moteur 13 se déplace vers sa deuxième position P2 et une deuxième disposition, associée au deuxième cycle de distribution, dans laquelle le piston moteur 13 se déplace vers sa première position P1.
Dans la première disposition, deux des organes mobiles 71, 72 obturent respectivement la deuxième entrée E2 et la deuxième sortie S2, et les deux autres organes mobiles 70, 73 ouvrent respectivement la première entrée E1 et la première sortie S1.
Dans la deuxième disposition, deux des organes mobiles 70, 73 obturent respectivement la première entrée E1 et la première sortie S1, et les deux autres organes mobiles 71, 72 ouvrent respectivement la deuxième entrée E2 et la deuxième sortie S2.
Ledit au moins un déclencheur 8, 9 actionne lesdits organes d’obturation 70-73 et permet de passer alternativement de la première disposition à la deuxième disposition.
De plus, selon une autre caractéristique, ledit au moins un déclencheur 8, 9 est configuré pour être actionné par le piston moteur 13, lorsque ce dernier se déplace vers une de ses positions P1, P2 d’extrémité et au moins lorsque ce dernier atteint une de ses positions P1, P2 d’extrémité. Ceci permet de réaliser l’alternat : le piston moteur 13, lorsqu’il arrive en fin de course en position d’extrémité P1 ou P2, actionne au moins un déclencheur 8, 9 qui change la disposition. Le changement de disposition entraîne un changement de sens de coulissement du piston moteur 13, qui va à son tour actionner au moins un déclencheur 8, 9, et ainsi de suite.
Il a été vu que la machine thermique 200, 210 puise son énergie d’une colonne manométrique. Une telle colonne manométrique alimente en continu avec un fluide de fonctionnement, classiquement de l’eau, sous une pression permettant de faire fonctionner la pompe 1.
Une telle colonne manométrique est classiquement réalisée par une chute d’eau, la différence de hauteur d’eau apportant, de manière continue, une différence de pression.
Selon une première caractéristique, illustrée à la , une colonne manométrique comprend une canalisation 220 en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale. La pompe refoulante 1 est connectée en série, l’amont de la canalisation 220 étant connecté à la première et à la deuxième entrées E1, E2 et l’aval de la canalisation 220 étant connecté à la première et à la deuxième sorties S1, S2, via un premier régulateur de pression 223. Ce montage est plus particulièrement adapté à une canalisation de réseau public de faible ou de moyenne section.
Selon une autre caractéristique, illustrée à la , la colonne manométrique comprend une canalisation 220 en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale. La pompe refoulante 1 est connectée en dérivation, un piquage amont 221 reliant la canalisation 220 à la première et à la deuxième entrées E1, E2 et un piquage aval 222 reliant la canalisation 220 à la première et à la deuxième sorties S1, S2, la canalisation 220 comprenant encore un deuxième régulateur de pression 224 entre le piquage amont 221 et le piquage aval 222. Ce montage est plus particulièrement adapté à une canalisation de réseau public de grosse section.
Selon une autre caractéristique, la canalisation 220 comprend encore un troisième régulateur de pression 225, disposé à l’aval du piquage aval 222.
Dans ce qui précède, un régulateur de pression 223, 224, 225 s’entend de tout dispositif apte à laisser réduire la pression de manière contrôlée, tel un régulateur de pression, un réducteur de pression ou tout autre dispositif équivalent. Sa fonction est de maintenir une différence de pression entre son amont et son aval, afin de ne pas risquer un arrêt de la pompe 1 en cas d’équilibre des pressions amont et aval.
Une telle colonne manométrique, est typiquement créée par un relief de la rivière présent entre le captage amont et la restitution avale. Elle est aisée à mettre en place dans un pays présentant un tel relief. L’énergie, fournie par la pesanteur, est ici renouvelable à l’infini et apparaît ainsi comme quasiment gratuite. L’invention est ainsi particulièrement avantageuse en ce qu’elle permet une production de froid, et/ou de chaud, ainsi qu’éventuellement une cogénération d’électricité à partir d’une énergie disponible et gratuite. De plus, toute l’eau captée à l’amont est entièrement restituée à l’aval. La machine thermique ne consomme aucune eau. Elle prélève seulement son énergie mécanique.
L’invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d’exemple et non comme limitant l’invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles.
Claims (12)
- Machine thermique (200, 210) comprenant un circuit fermé dans lequel circule un fluide frigorigène comprenant, en séquence dans le sens de circulation du fluide frigorigène, un compresseur (201, 211) apte à aspirer le fluide frigorigène à basse pression et basse température, à le comprimer pour produire du fluide frigorigène à haute pression et haute température, un premier échangeur thermique entre fluide frigorigène et premier médium ou condenseur (202, 212) apte à condenser le fluide frigorigène en le refroidissant en fournissant de la chaleur au premier medium, un détendeur (203, 213) apte à détendre le fluide frigorigène en réduisant sa pression et un deuxième échangeur thermique entre fluide frigorigène et deuxième médium ou évaporateur (204, 214) apte à évaporer le fluide frigorigène en le réchauffant en absorbant de la chaleur du médium, et à le transmettre à nouveau au compresseur (201, 211), caractérisé en ce qu e le compresseur (201, 211) comprend une pompe refoulante (1) du type à une enceinte motrice (2) et un piston moteur (13) alimentée par une colonne manométrique et à au moins une chambre multiplicatrice (5, 6) et autant de piston multiplicateur (52, 62), apte à comprimer le fluide frigorigène.
- Machine thermique (200, 210) selon la revendication précédente, comprenant encore un moteur pneumatique (215) alimenté, via une conduite d’entrée (216) par le fluide frigorigène en provenance du compresseur (211) et rejetant le fluide frigorigène via une conduite de sortie (217), le moteur pneumatique (215) comprenant un étranglement à son échappement formant le détendeur (213), la conduite de sortie (217) entourant la conduite d’entrée (216) de manière à former un premier échangeur ou condenseur (212), la conduite de sortie (217) desservant le deuxième échangeur ou évaporateur (214).
- Machine thermique (200, 210) selon la revendication précédente, où la conduite de sortie (217) est calorifugée.
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des deux revendications précédentes, comprenant encore un générateur électrique (218) entraîné par le moteur pneumatique (215).
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des trois revendications précédentes, où le fluide frigorigène est de l’air sec et sans dioxyde de carbone.
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où le circuit fermé de fluide frigorigène est pré-comprimé à une pression élevée, préférentiellement égale à 40 bars.
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des revendications précédentes où le deuxième médium, refroidit par le deuxième échangeur ou évaporateur (204, 214), circule dans un circuit fermé (219).
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des revendications précédentes, où la pompe refoulante (1) comprend une enceinte motrice (2) à l’intérieur de laquelle un piston moteur (13) coulisse selon un axe (X) alternativement entre une première position (P1) d’extrémité et une deuxième position (P2) d’extrémité sous l’action d’un fluide de fonctionnement sous pression, le piston moteur (13) séparant l’enceinte motrice (2) en une première chambre motrice (3) et une deuxième chambre motrice (4), une première chambre multiplicatrice (5) comprenant une entrée (50) et une sortie (51) et une deuxième chambre multiplicatrice (6) comprenant une entrée (60) et une sortie (61), pour respectivement, recevoir et évacuer un fluide de refoulement, un premier piston multiplicateur (52), relié au piston moteur (13), coulissant dans la première chambre multiplicatrice (5) pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice (5), un deuxième piston multiplicateur (62), relié au piston moteur (13), coulissant dans la deuxième chambre multiplicatrice (6) pour assurer la compression du fluide de refoulement dans la première chambre multiplicatrice (5), un dispositif de distribution alternée de fluide pour alterner le sens de circulation du fluide de fonctionnement dans l’enceinte motrice (2) et le sens de coulissement du piston moteur (13), la première chambre motrice (3) comprenant une première entrée (E1) pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution et la deuxième chambre motrice (4) comprenant une première sortie (S1) pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un premier cycle de distribution, la deuxième chambre motrice (4) comprenant une deuxième entrée (E2) pour recevoir le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution et la première chambre motrice (3) comprenant une deuxième sortie (S2) pour évacuer le fluide de fonctionnement lors d’un deuxième cycle de distribution, le dispositif de distribution alternée comprenant au moins un dispositif d’obturation (7) comportant quatre organes mobiles d’obturation (70-73) des première et deuxième entrées (E1, E2) et des première et deuxième sorties (S1, S2) et au moins un déclencheur (8, 9) configuré pour actionner lesdits organes d’obturation (70-73) entre deux positions respectivement d’obturation et d’ouverture, le dispositif de distribution alternée étant actionnable entre : - une première disposition associée au premier cycle de distribution dans laquelle le piston moteur (13) se déplace vers sa deuxième position (P2), deux des organes mobiles (71, 72) obturent respectivement la deuxième entrée (E2) et la deuxième sortie (S2), et les deux autres organes mobiles (70, 73) ouvrent respectivement la première entrée (E1) et la première sortie (S1), - une deuxième disposition associée au deuxième cycle de distribution dans laquelle le piston moteur (13) se déplace vers sa première position (P1), deux des organes mobiles (70, 73) obturent respectivement la première entrée (E1) et la première sortie (S1), et les deux autres organes mobiles (71, 72) ouvrent respectivement la deuxième entrée (E2) et la deuxième sortie (S2).
- Machine thermique (200, 210) selon la revendication précédente, où le déclencheur (8, 9) est configuré pour être actionné par le piston moteur (13), au moins lorsque ce dernier est dans une de ses positions (P1, P2) d’extrémité.
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9, où la colonne manométrique comprend une canalisation (220) en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante (1) étant connectée en série, l’amont de la canalisation (220) étant connecté à la première et à la deuxième entrées (E1, E2) et l’aval de la canalisation (220) étant connecté à la première et à la deuxième sorties (S1, S2), via un premier régulateur de pression (223).
- Machine thermique (200, 210) selon l’une quelconque des revendications 8 ou 9 où la colonne manométrique comprend une canalisation (220) en dérivation d’une rivière, entre un captage amont et une restitution avale, la pompe refoulante (1) étant connectée en dérivation, un piquage amont (221) reliant la canalisation (220) à la première et à la deuxième entrées (E1, E2) et un piquage aval (222) reliant la canalisation (220) à la première et à la deuxième sorties (S1, S2), la canalisation (220) comprenant encore un deuxième régulateur de pression (224) entre le piquage amont (221) et le piquage aval (222).
- Machine thermique (200, 210) selon la revendication précédente, où la canalisation (220) comprend encore un troisième régulateur de pression (225), disposé à l’aval du piquage aval (222).
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|---|---|---|---|---|
| FR3016207A1 (fr) * | 2014-01-08 | 2015-07-10 | Electricite De France | Pompe a chaleur produisant du froid |
| CN109269133A (zh) * | 2018-09-27 | 2019-01-25 | 北京市水利规划设计研究院 | 冷却系统及冷却设备 |
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-
2021
- 2021-03-15 FR FR2102558A patent/FR3122248A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| FR3016207A1 (fr) * | 2014-01-08 | 2015-07-10 | Electricite De France | Pompe a chaleur produisant du froid |
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