FR2607581A1 - Ambient heat converter - Google Patents

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Abstract

A set of heat pumps P1, P2, ... Pn is arranged so that, with the first pump taking heat from a cold source Sf at ambient temperature, these successively transfer their heat via heat exchangers E1, E2, ... En, the final pump yielding its heat to a heat engine M which supplies the work necessary to actuate them. Calculation shows that this engine affords a work gain which can be used at the expense of the cold source.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif composite de machines thermiques dénommé ici "convertisseur de chaleur ambiante" permettant d'obtenir de l'énergie mécanique à partir d'une source naturelle de chaleur telle que l'atmosphère, le sol, la mer, l'eau courante, etc. The subject of the present invention is a composite device of thermal machines called here "ambient heat converter" making it possible to obtain mechanical energy from a natural source of heat such as the atmosphere, the ground, the sea, running water, etc.

Pour la bonne intelligence de l'invention un exposé théorique succint est nécessaire. For the good understanding of the invention a succinct theoretical presentation is necessary.

Les cycles des machines thermiques cycliques sont théoriquement réversibles. On peut les utiliser soit en mode moteur, soit en mode générateur c 'est à dire en mode "pompe à chaleur". Dans ce qui suit l'abréviation "pac" sera utilisée pour dire "pompe à chaleur". The cycles of cyclic thermal machines are theoretically reversible. They can be used either in engine mode or in generator mode, that is to say in "heat pump" mode. In the following the abbreviation "pac" will be used to say "heat pump".

La chaleur passant spontanément d'un corps chaud sur un corps froid, un moteur thermique utilise la différence de potentiel thermique de deux sources de chaleur pour-produire de l'énergie mécanique aux dépens de la source chaude. The heat spontaneously passing from a hot body to a cold body, a heat engine uses the difference in thermal potential of two heat sources to produce mechanical energy at the expense of the hot source.

Inversement une pac produit de l'énergie thermique aux dépens de la source froide et son condenseur devient source chaude. Dans les deux cas, de la chaleur est transportée d'une source à une autre ou, si l'on préfère, d'un niveau de potentiel thermique à un autre. Conversely, a heat pump produces thermal energy at the expense of the cold source and its condenser becomes a hot source. In both cases, heat is transported from one source to another or, if preferred, from one level of thermal potential to another.

La chaleur prélevée n'est pas égale à la chaleur transférée : la différence représente le travail de l'opération, positif en mode moteur, négatif en mode pac. The heat removed is not equal to the heat transferred: the difference represents the work of the operation, positive in motor mode, negative in heat pump mode.

Soit Qc la chaleur perdue ou gagnée par la source chaude et Qf celle perdue ou gagnée par la source froide lors d'un transfert de chaleur dans une machine thermique. Le travail actif ou passif mis en oeuvre est, en unités adaptées : W = Qc - Qf (1)
Cette loi étant valable en mode moteur et en mode pao, il est apparemment illusoire de rechercher un bénéfice en énergie mécanique en accouplant un moteur et une pac se rétrocédant leurs énergies,l'une mécanique, l'autre thermique. Le bilan de l'opération serait théoriquement nul et pratiquement déficitaire en raison des pertes.
Let Qc be the heat lost or gained by the hot source and Qf that lost or gained by the cold source during a heat transfer in a thermal machine. The active or passive work implemented is, in suitable units: W = Qc - Qf (1)
This law being valid in motor mode and in pao mode, it is apparently illusory to seek a benefit in mechanical energy by coupling a motor and a cap retroceding their energies, one mechanical, the other thermal. The balance sheet of the operation would theoretically be zero and practically loss-making due to the losses.

Cependant, puisqu'il est possible d'obtenir de l'énergie thermique aux aux dépens d'une source froide, cette démarche est en harmonie avec le premier principe qui professe l'équivalence totale de la chaleur - reconnue comme énergie cinétique moléculaire - et de l'énergie mécanique. However, since it is possible to obtain thermal energy at the expense of a cold source, this approach is in harmony with the first principle which professes the total equivalence of heat - recognized as molecular kinetic energy - and mechanical energy.

Selon la théorie de Carnot, le rendement thermodynamique des machines thermiques a pour limite supérieure
R = (Tc- Tf)/Tc (2) Tc étant la température de la source chaude et Tf celle de la source froide,ce qui peut se mettre sous la forme R R = B/Tmax (3 > e désignant la différence de potentiel thermique mise en jeu et Tmax la température la plus élevée de cette dernière.
According to Carnot's theory, the thermodynamic efficiency of thermal machines has an upper limit
R = (Tc- Tf) / Tc (2) Tc being the temperature of the hot source and Tf that of the cold source, which can be put in the form RR = B / Tmax (3> e denoting the potential difference thermal brought into play and Tmax the highest temperature of the latter.

Ce rendement dénommé "rendement Carnot" ne peut être atteint qu'en théorie, par des machines parfaitement réversibles. Pratiquement on ne peut que s'en approcher. This yield, called "Carnot yield", can only be achieved in theory by perfectly reversible machines. In practice, we can only approach it.

Il suit que c'est l'inverse du rendement thermodynamique qui intervient pour déterminer la production de chaleur d'une pac relativement au travail dépensé. On nomme cet inverse "coefficient de performance
Donc la chaleur Qc transportée par le travail W d'une pac a pour expression:
Qc = W x 1/R = W t (4) Q désignant le coefficient de performance.
It follows that it is the inverse of the thermodynamic efficiency which intervenes to determine the production of heat of a cap relative to the work expended. We call this inverse "coefficient of performance
So the heat Qc transported by the work W of a cap has the expression:
Qc = W x 1 / R = W t (4) Q designating the coefficient of performance.

Or il s'avez que ce dernier est plusieurs fois supérieur à l'unité, et ce, même dans les conditions pratiques d'emploi des pac usuelles dans lesquelles interviennent des pertes. Now it turns out that the latter is several times greater than unity, even under the practical conditions of use of the usual PAC in which losses occur.

Il en résulte une conséquence paradoxale, savoir, la possibilité d'obtenir de l'énergie thermique gratuite d'une source froide, ce qui serait fondamentalement impossible si le rendement thermodynamique des machines thermiques réversibles atteignait 100%.  This results in a paradoxical consequence, namely, the possibility of obtaining free thermal energy from a cold source, which would be fundamentally impossible if the thermodynamic efficiency of reversible thermal machines reached 100%.

D'après les formules précédentes, cette énergie thermique gratuite
Qf = Qc-W, obtenue aux seuls dépens de la source froide a pour valeur:
Qf = (fi-1)W (5) la quantité m-1 étant qualifiée de "coefficient d'amplification".
According to the previous formulas, this free thermal energy
Qf = Qc-W, obtained at the expense of the cold source only, has the value:
Qf = (fi-1) W (5) the quantity m-1 being qualified as "amplification coefficient".

Donc le principe de Carnot exprime la possibilité d'obtenir de l'éner- gie gratuite aux dépens d'une source froide sous la forme thermique mais non pas sous la forme mécanique, sans toutefois interdire cette seconde éventualité. So Carnot's principle expresses the possibility of obtaining free energy at the expense of a cold source in the thermal form but not in the mechanical form, without however prohibiting this second possibility.

Sous cette lumière, le problème que résoud l'invention consiste à extraire de l'énergie thermique gratuite ainsi obtenue un travail supérieur à celui qui est dépensé pour actionner la ou les pac produisant ladite énergie thermique. Under this light, the problem which the invention solves consists in extracting from the free thermal energy thus obtained a work greater than that which is spent to activate the pac or producing the said thermal energy.

Or il est clair, conformément aux remarques précédentes, qu'un moteu thermique récupérant la chaleur d'une pac ne peut produire un travail excédentaire que si le c coefficient de performance de ladite pac est supé- rieur à l'inverse du rendement Carnot, soit
R > l (6)
Par conséquent, la solution consiste à réaliser une pompe à chaleur dont le coefficient de performance soit supérieur à l'inverse du rendement
Carnot, c'est à dire qui remplisse la condition (6).
Now it is clear, in accordance with the preceding remarks, that a thermal motor recovering the heat of a heat pump can produce excess work only if the coefficient of performance of said heat pump is greater than the inverse of the Carnot yield, is
R> l (6)
Consequently, the solution consists in making a heat pump whose coefficient of performance is greater than the inverse of the efficiency
Carnot, i.e. which fulfills condition (6).

Nous verrons qu'il est possible d'obtenir cette condition au moyen d'une pac composite combinant les actions de plusieurs pac. We will see that it is possible to obtain this condition by means of a composite pac combining the actions of several pac.

Dans les machines thermiques cycliques la chaleur Qc mise en oeuvre résulte de la compression ou de la détente adiabatique, selon le cas, d'un gaz quasi-parfait . Selon les lois des gaz parfaits, on a
Qc = mC (Tc-Tf) (7)
C désignant la chaleur spécifique du gaz à pression constante dans les conditions de l'opération, m la masse de fluide calorigène mise en jeu.
In cyclic thermal machines, the heat Qc used results from compression or adiabatic expansion, as the case may be, of a quasi-perfect gas. According to the ideal gas laws, we have
Qc = mC (Tc-Tf) (7)
C denoting the specific heat of the gas at constant pressure under the operating conditions, m the mass of circulating fluid involved.

On peut donc exprimer la chaleur transportée dans un cycle par une formule générale de la forme Qc = A (Tc-Tf) = A @ e (8) (8) e étant la différence de potentiel thermique Tc-Tf et A un coefficient global produit de constantes telles que la masse du fluide traitée, sa chaleur spécifique, le système d'unités. We can therefore express the heat transported in a cycle by a general formula of the form Qc = A (Tc-Tf) = A @ e (8) (8) e being the difference in thermal potential Tc-Tf and A an overall coefficient produced by constants such as the mass of the fluid treated, its specific heat, the system of units.

Or la détente du fluide actif qui a cédé sa chaleur de compression permet de récupérer un certain travail et le froid qui en résulte est compensé par un apport de calories de la source froide représentant la chaleur Qf précédemment définie. C'est de ce phénomène que résulte un rendement thermodynamique inférieur à l'unité dans une pac et,inversement,un coefficient de performance supérieur à l'unité. However, the expansion of the active fluid which has given up its heat of compression makes it possible to recover a certain amount of work and the cold which results therefrom is compensated by an intake of calories from the cold source representing the heat Qf previously defined. It is from this phenomenon that results a thermodynamic efficiency lower than the unit in a PAC and, conversely, a coefficient of performance higher than the unit.

Compte tenu de ce rendement, le travail concomitant est W = R Qc. En remplaçant R et Qc par leurs valeurs selon (3) et (8), on a
W = A e2/Tmax (4) formule générale valable en mode pac comme en mode moteur.
Given this yield, the concomitant work is W = R Qc. By replacing R and Qc with their values according to (3) and (8), we have
W = A e2 / Tmax (4) general formula valid in pac mode as in motor mode.

Il est digne de remarquer que ce travail est fonction de 82 et non pas de O.  It is worthy to note that this work is a function of 82 and not of O.

Or, le carré d'une somme étant supérieur à la somme des carrés de ses termes, nous aboutissons à une conclusion importante, savoir
"Le travail total de plusieurs pac en cascade, réalisant un transport de chaleur d'un niveau de température à un autre par niveaux intermédiaires en se transmettant leurs chaleurs, est inférieur au travail d'une unique pac de même construction réalisant seule le même transport".
Now, the square of a sum being greater than the sum of the squares of its terms, we arrive at an important conclusion, namely
"The total work of several cascades, carrying out a heat transport from one temperature level to another by intermediate levels by transmitting their heat, is less than the work of a single pac of the same construction carrying out the same transport alone ".

Autrement dit, l'ensemble de ces pac représente une pac composite dont le coefficient de performance remplit la condition (6) , et ce, d'autant plus que leur nombre est grand, du moins en théorie. In other words, all of these pacs represent a composite pac whose performance coefficient fulfills condition (6), all the more so as their number is large, at least in theory.

Il devient alors possible d'obtenir du travail gratuit au moyen d'un moteur actionnant des pac en cascade qui l'alimentent en chaleur tandis que ce résultat est fondamentalement impossible lorsqu'on n'utilise qu'une seule pac ayant pour rendement théorique le rendement Carnot. It then becomes possible to obtain free work by means of a motor actuating cascaded pacs which supply it with heat, while this result is fundamentally impossible when only one pac is used with the theoretical yield the Carnot yield.

On remarquera enfin que ce dispositif n'enfreint pas l'obligation de mettre en oeuvre deux sources de chaleur pour actionner un moteur thermique,
de conformément au principe Carnot.
Finally, it will be noted that this device does not violate the obligation to use two heat sources to actuate a heat engine,
in accordance with the Carnot principle.

En conséquence, le dispositif objet de l'invention est essentiellement caractérisé par l'association de plusieurs pompes à chaleur en oar--, réalisant le transfert fractionné, par niveaux successifs de température croissante, de la chaleur prélevée dans une source à la température ambiante, dite "froide", à une source chaude représentée par le condenseur de la dernière pompe à chaleur de la suite, et d'un moteur thermique branché sur ces deux sources, lequel actionne le groupe de pompes à chaleur tout en fournissant un supplément de travail utilisable aux dépens de la source froide. Consequently, the device which is the subject of the invention is essentially characterized by the association of several heat pumps in oar--, carrying out the fractional transfer, by successive levels of increasing temperature, of the heat taken from a source at ambient temperature. , called "cold", to a hot source represented by the condenser of the last heat pump in the suite, and to a heat engine connected to these two sources, which actuates the group of heat pumps while providing an additional work usable at the expense of the cold source.

L'invention prévoit également, à titre non limitatif, des dispositions constructives propres à assurer le bon fonctionnement de l'ensemble
Afin d'obtenir un rendement optimal, il est prévu d'utiliser de préférence des pac dont les fluides calorigenes passent par la phase liquide.
The invention also provides, without limitation, constructive provisions capable of ensuring the proper functioning of the assembly
In order to obtain an optimal yield, it is planned to preferably use heat pumps whose circulating fluids pass through the liquid phase.

Il en est de même pour le moteur qui est alors du type "à vapeur".It is the same for the engine which is then of the "steam" type.

Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, on peut utiliser dans ces pac un même fluide calorigène dont la température critique dépasse la température maximale produite par la dernière pac de la chaine, de manière à couvrir toute la gamme des températures utilisées avec un seul fluide. Il en resulte une simplification considérable dans la construction et les réglages des pac. According to a particularly advantageous embodiment, it is possible to use in these heat pumps the same circulating fluid whose critical temperature exceeds the maximum temperature produced by the last heat pump of the chain, so as to cover the whole range of temperatures used with a single fluid. The result is a considerable simplification in the construction and adjustment of the PACs.

C'est ainsi,par exemple,que le trichlorotrifluoroéthane dont la température critique est de 214 OC , permet d'atteindre à l'échangeur de la dernière pac une température voisine de 200 OC, propice à l'emploi d'un moteur à vapeur d'eau classique. Thus, for example, that trichlorotrifluoroethane, the critical temperature of which is 214 OC, makes it possible to reach, at the exchanger of the last heat pump, a temperature close to 200 OC, suitable for the use of a steam engine. classic water.

De plus, il est prévu, pour réduire les pertes de rendement mécaniques, de donner à toutes les machines du groupe des caractéristiques telles que leur régime de fonctionnement soit obtenu lorsqu'elles tournent à la même vitesse. Il devient alors possible de les accoupler par de simples Joints de transmission, leurs arbres étant disposés en ligne ou encore de grouper leurs cylindres sur un carter unique contenant un villebrequin commun. In addition, it is intended, in order to reduce the losses in mechanical efficiency, to give all the machines in the group characteristics such that their operating speed is obtained when they rotate at the same speed. It then becomes possible to couple them by simple transmission joints, their shafts being arranged in line or else to group their cylinders on a single casing containing a common crankshaft.

Un moyen simple pour faire démarrer à froid le dispositif consiste à l'entrainer par un moteur auxiliaire quelconque pourvu d'un embrayage, jusqu'à ce que les pac aient atteint leurs températures de fonctionnement. A simple way to cold start the device is to drive it by any auxiliary motor fitted with a clutch, until the pacs have reached their operating temperatures.

L'invention prévoit en outre un moyen permettant de se passer de moteur auxiliaire de démarrage. Ce moyen consiste à incorporer dans l'évaporateur du moteur à vapeur du groupe un dispositif de chauffage, tel un brûleur à mazout ou encore un jeu de résistances électriques chauffantes, de manière à mettre ce moteur en marche et l'y maintenir jusqu'à ce que les pac aient atteint leurs températures de fonctionnement
L'invention sera de toutes façons bien comprise en se référant à la description et aux explications qui suivent données à titre non limitatif ainsi qu'aux dessins qui les illustrent.
The invention further provides a means for dispensing with an auxiliary starting motor. This means consists in incorporating into the evaporator of the group's steam engine a heating device, such as an oil burner or even a set of electric heating resistors, so as to start this engine and keep it there until the heat pumps have reached their operating temperatures
The invention will in any case be well understood by referring to the description and the explanations which follow given without limitation as well as to the drawings which illustrate them.

La figure 1 représente schématiquement une suite de pompes à chaleur associées entre elles et à un moteur thermique. FIG. 1 schematically represents a series of heat pumps associated with one another and with a heat engine.

La figure 2 représente schématiquement un type de pac dont le fluide calorigène traverse la phase liquide avec ses échangeurs de chaleur, constituant la dernière pac Pn précédant le moteur. FIG. 2 schematically represents a type of pac whose circulating fluid crosses the liquid phase with its heat exchangers, constituting the last pac Pn preceding the engine.

Soit une suite de n pac (figez désignées par P1, P2, ... Pn , en partant de gauche à droite, associées à un moteur thermique M situé à droite. La première pac P1 puise des calories dans une nappe d'eau Sf à la température ambiante To par son évaporateur Eo. Le condenseur i de la dernière pac Pn (Fig.2) consitue une source chaude Sc, laquelle alimente en chaleur 1 'évaporateur 2 d'un moteur à vapeur M , également en liaison avec la source Sf (fig.1) par un condenseur-liquéfacteur L
Les liaisons thermiques de toutes ces machines se font au moyen d'une suite d'échangeurs de chaleur intermédiaires El, E2, ...En
En ce qui concerne leur liaison mécanique, leurs arbres, tel 3, sont alignés sur un axe commun et se transmettent leurs mouvements à partir du moteur M par des joints de transmission, tel 4. (Fig.1)
En utilisant des pac de même construction aux rapports volumétriques égaux, traitant chacune la même masse de fluide lors d'une révolution, températures et pressions s'échelonnent en principe selon la loi suivante:
Pl/Po P2/P1 ... - p,/p = Cte 1'lo ~ T2/T1 2 ... ~ T, = cte
Le moteur M , est alimenté en vapeur par le réservoir extérieur 2 de l'échangeur En, comme représenté en figure 2, ce réservoir remplissant la fonction d'évaporateur, ou "chaudière" dudit moteur.
Or a sequence of n pac (freeze designated by P1, P2, ... Pn, starting from left to right, associated with a heat engine M located on the right. The first pac P1 draws calories from a water table Sf at room temperature To by its evaporator Eo. The condenser i of the last heat pump Pn (FIG. 2) constitutes a hot source Sc, which supplies heat to the evaporator 2 of a steam engine M, also in connection with the source Sf (fig. 1) by a condenser-liquefier L
The thermal connections of all these machines are made by means of a series of intermediate heat exchangers El, E2, ...
With regard to their mechanical connection, their shafts, such as 3, are aligned on a common axis and transmit their movements from the motor M by transmission joints, such as 4. (Fig.1)
By using PACs of the same construction with equal volumetric ratios, each treating the same mass of fluid during a revolution, temperatures and pressures are staggered in principle according to the following law:
Pl / Po P2 / P1 ... - p, / p = Cte 1'lo ~ T2 / T1 2 ... ~ T, = cte
The engine M is supplied with steam from the external tank 2 of the exchanger En, as shown in FIG. 2, this tank fulfilling the function of evaporator, or "boiler" of said engine.

Le fluide utilisé par ce moteur peut être identique à celui de la dernière pac Pn ou encore, classiquement, être de l'eau. Il est porté à ebul- lition par le condenseur 1 de cette pac qui remplit la fonction de source chaude Sc, comme dit plus haut. The fluid used by this engine can be identical to that of the last PAC Pn or, conventionally, be water. It is brought to boiling by the condenser 1 of this cap which fulfills the function of hot source Sc, as said above.

Sortant de 1 'évaporateur 2, la vapeur pénètre par le tube 5 (fig.1) dans le distributeur 6 du moteur M dont elle ressort, après détente, par le tube 7 pour se liquéfier dans le condenseur L dont le contenu est réintroduit dans l'évaporateur 2 par une pompe 8, (fig.2) tout cela selon la technique connue. Leaving the evaporator 2, the vapor enters through the tube 5 (fig. 1) into the distributor 6 of the engine M from which it emerges, after expansion, through the tube 7 to liquefy in the condenser L, the content of which is reintroduced into the evaporator 2 by a pump 8, (fig.2) all this according to the known technique.

Ainsi le moteur M bénéficie, aux pertes près, de toute la différence de potentiel thermique, e = Tn-To, qui existe entre l'échangeur En et la nappe d'eau Sf
Il sera démontré plus loin que ce moteur produit un gain d'énergie mécanique, utilisable par exemple pour actionner un générateur d'électricité non représenté, au moyen d'une courroie montée sur son volant 9.
Thus, the motor M benefits, except for losses, from all the difference in thermal potential, e = Tn-To, which exists between the exchanger En and the water table Sf
It will be demonstrated later that this motor produces a gain in mechanical energy, usable for example for actuating an electricity generator not shown, by means of a belt mounted on its flywheel 9.

La figure 2 représente, en coupe schématique la pac Pn avec ses échangeurs En , En de liaison thermique avec la pac Ph-I d'une part, et le moteur M d'autre part. FIG. 2 represents, in schematic section, the heat pump Pn with its exchangers En, En of thermal connection with the heat pump Ph-I on the one hand, and the engine M on the other hand.

Cette pac est substantiellement composée à la manière classique d'un compresseur C aspirant le fluide sous forme de vapeur dans un évaporateur 2' pour le refouler à une température et une pression supérieures dans un condenseur 1 où il se liquéfie. This cap is substantially composed in the conventional manner of a compressor C sucking the fluid in the form of vapor in an evaporator 2 'to discharge it at a higher temperature and pressure in a condenser 1 where it liquefies.

Un détendeur ou régleur R, composé d'un étranglement capillaire réglable par vis 12, permet le retour du liquide du condenseur 1 à l'évapora- teur 2' tout en maintenant la différence des pressions. A regulator or regulator R, composed of a capillary throttle adjustable by screw 12, allows the return of the liquid from the condenser 1 to the evaporator 2 'while maintaining the pressure difference.

Pour assurer la liaison thermique des pac,leurs condenseurs et évaporateurs sont associés en échangeurs de chaleur. To ensure the thermal connection of the heat pumps, their condensers and evaporators are combined in heat exchangers.

D'une façon générale un échangeur peut être considéré comme un réservoir à deux compartiments étanches, l'un servant de condenseur à une pao, l'autre d'évaporateur à la pac suivante, ces deux compartiments étant séparés par une paroi conductrice au maximum de la chaleur. L'un d'eux peut être notamment composé d'un faisceau de tubes. In general, an exchanger can be considered as a tank with two sealed compartments, one serving as a condenser for one pao, the other as an evaporator for the next cap, these two compartments being separated by a conductive wall at most. heat. One of them may in particular be composed of a bundle of tubes.

Dans le type représenté en figure 2, ces échangeurs sont constitués par deux compartiments cylindriques coaxiaux 1,2,1'2'.La paroi du réservoir extérieur doit être suffisamment résistante pour- pouvoir supporter une pression croissante de la première à la dernière pac et peut être calorifugée pour éviter toute perte de chaleur. En revanche, la paroi des compartiments internes, n'ayant à supporter que des écarts de pression faibles ou nuls, peut être mince et très conductrice de la chaleur. In the type represented in FIG. 2, these exchangers consist of two coaxial cylindrical compartments 1,2,1'2'.The wall of the external tank must be strong enough to be able to withstand increasing pressure from the first to the last cap and can be insulated to prevent heat loss. On the other hand, the wall of the internal compartments, having to withstand only small or no pressure differences, can be thin and very conductive of heat.

Des petits moteurs électriques, tels 10, 10', actionnent des agitateurs tels 11,11', lesquels favorisent par brassage l'homogénité des températures dans les deux compartiments et un échange de chaleur optimal. Small electric motors, such as 10, 10 ', actuate agitators such as 11,11', which promote the homogeneity of the temperatures in the two compartments by mixing and optimal heat exchange.

Une résistance 13, incorporée à l'évaporateur 2 du moteur , représente un moyen d préchauffage électrique pour le démarrage du groupe. On peut également lui substituer un brûleur à mazout à la manière classique, que l'on éteint lorsque le régime de fonctionnement est établi. A resistor 13, incorporated into the evaporator 2 of the engine, represents an electrical preheating means for starting the group. It can also be replaced by an oil burner in the conventional manner, which is turned off when the operating regime is established.

Après avoir été mis en marche par l'un des moyens indiqués ci-dessus, les pressions et températures des pac s'établissent et se stabilisent. Leur stabilité est assurée en maintenant constante la charge du moteur M et, éventuellement, par des dispositifs régulateurs non représentés procédant de la technique classique. After being started by one of the means indicated above, the pressures and temperatures of the heat pumps are established and stabilize. Their stability is ensured by keeping the load of the motor M constant and, possibly, by regulating devices, not shown, proceeding from the conventional technique.

La loi de progression des températures précédemment indiquée implique une progression géométrique: T1 = k To , T2 = k2To ,... Tn = kh To , mais pour un calcul simple, il suffit de considérer que les accroissements de température sont égaux: le rapport k étant voisin de l'unité, les résultats numériques sont pratiquement les mêmes. Dans ce cas, les taux de compression successifs des pac vont en décroissant légèrement, ce qui ne change rien à la théorie du dispositif, sinon à la construction des pac. The law of temperature progression previously indicated implies a geometric progression: T1 = k To, T2 = k2To, ... Tn = kh To, but for a simple calculation, it suffices to consider that the temperature increases are equal: the ratio k being close to unity, the numerical results are practically the same. In this case, the successive compression rates of the pacs decrease slightly, which does not change the theory of the device, except the construction of the pacs.

Soit donc t = T1 - To = T2 - T1 = ... = Tn - Tn-l t désignant la différence de potentiel thermique de chaque pac. Let t = T1 - To = T2 - T1 = ... = Tn - Tn-l t denote the difference in thermal potential of each pac.

La différence de potentiel thermique totale est alors:
e = Tn - To = n t n étant le nombre des pac.
The difference in total thermal potential is then:
e = Tn - To = ntn being the number of pac.

A partir de To l'échelonnement des températures aux condenseurs est le suivant
TI = To + t , T2 = To + 2t, ... Tn = To + n t
Soit Wm le travail fourni par le moteur et Wp le travail total nécessaire pour actionner les pac. Selon la formule (4), le travail que peut fournir le moteur qui dispose de la différence de potentiel thermique totale e est
Wm = A 92/Tn
Ce travail est le même que s'il était alimenté en chaleur par une unique pao, la dernière de la suite, réalisant d'un seul coup de piston toute la compression étagée des pac à partir de la pression initiale Po.
From To the temperature distribution of the condensers is as follows
TI = To + t, T2 = To + 2t, ... Tn = To + nt
Let Wm be the work provided by the motor and Wp the total work necessary to activate the pacs. According to formula (4), the work that can be done by the engine which has the difference in total thermal potential e is
Wm = A 92 / Tn
This work is the same as if it were supplied with heat by a single pao, the last in the series, carrying out with one stroke of the piston all the staged compression of the pacs from the initial pressure Po.

Selon la même formule (4), le travail passif d'une pac d'ordre k est:
Wk = A ta/Tk
Donc le travail passif total des pac est une somme ayant pour valeur:
Wp = A t2 (1/T1 + 1/T2 + ... + 7/Tn)
il existe une température moyenne Tm, comprise entre T1 et Tn, telle que : Wp = n A t2/Tm = A 2/n Tm
Le gain de travail utile qui en résulte est la différence
G = Wm
Ou encore, en faisant le rapport Wm/Wp, il vient:
Wm/Wp = n Tm/Tn
La quantité Tm/Tn étant proche de l'unité dans les limites de température envisagées, on voit que le moteur M est théoriquement capable de fournir un travail près de n fois supérieur à celui qui est nécessaire pour actionner les pac.La différence représente un travail gratuit obtenu aux seuls dépens de la source froide.
According to the same formula (4), the passive work of a cap of order k is:
Wk = A ta / Tk
So the total passive labor of the PACs is a sum having the value:
Wp = A t2 (1 / T1 + 1 / T2 + ... + 7 / Tn)
there is an average temperature Tm, between T1 and Tn, such that: Wp = n A t2 / Tm = A 2 / n Tm
The resulting useful work gain is the difference
G = Wm
Or, by making the Wm / Wp ratio, it comes:
Wm / Wp = n Tm / Tn
The quantity Tm / Tn being close to unity within the envisaged temperature limits, it can be seen that the motor M is theoretically capable of providing work nearly n times greater than that which is necessary to actuate the pac. The difference represents a free work obtained at the expense of the cold source only.

Pour qu'il en soit de même en pratique il faut que le gain ait une valeur suffisante pour compenser les pertes organiques de rendement dans lesquelles interviennent: pertes mécaniques, dissipation de chaleur, tempé ratures de transfert dans les échangeurs, déformation des diagrammes, etc. For it to be the same in practice, the gain must have a sufficient value to compensate for the organic yield losses in which intervene: mechanical losses, heat dissipation, transfer temperatures in the exchangers, deformation of the diagrams, etc. .

Or les pac de construction usuelle atteignent facilement un rendement organique r de 1 'ordre de 50%. du rendement théorique de Carnot. However, conventional construction heat pumps easily reach an organic yield r of around 50%. of Carnot's theoretical yield.

Ce rendement, qui peut être optimisé en s'efforçant de réduire au maximum toutes les pertes, est d'ailleurs dépassé dans les machines de forte taille de construction soignée dans lesquelles il peut atteindre le taux de 70%. On peut donc envisager un rendement de 60S pour fixer les idées. This yield, which can be optimized by trying to reduce all losses as much as possible, is moreover exceeded in large machines with careful construction in which it can reach the rate of 70%. We can therefore consider a return of 60S to fix the ideas.

Considérons par exemple les données suivantes
To = 293 , Tn = 473 , e = 180 , n = 6 , t = 30 , r = 63%
En appliquant les formules précédentes, on obtient en théorie
Wm = 68,5 A , Wp = 13,8 A , Wm/Wp = 5
Donc le moteur est théoriquement capable de fournir 5 fois plus de travail que n'en nécessitent les pao, le gain théorique étant
G = 68,5 - 13,8 = 44,7
Compte tenu d 'un rendement de 60%, le gain réel prend la valeur:
G = 0,6 Wm - Wu/0,6 = 18,1 A
En comparant ce gain au travail réel du moteur, on obtient un gain gain relatif réel
Gr = G/0,6 Wm = 44%
Cela signifie qu 'un moteur thermique de 1000 CV effectifs en dépensera 560 pour actionner les pac et en fournira 440 utiles.
Consider for example the following data
To = 293, Tn = 473, e = 180, n = 6, t = 30, r = 63%
By applying the above formulas, we get in theory
Wm = 68.5 A, Wp = 13.8 A, Wm / Wp = 5
So the engine is theoretically capable of providing 5 times more work than the pao requires, the theoretical gain being
G = 68.5 - 13.8 = 44.7
Taking into account a yield of 60%, the real gain takes the value:
G = 0.6 Wm - Wu / 0.6 = 18.1 A
By comparing this gain to the actual work of the motor, we obtain a real relative gain gain
Gr = G / 0.6 Wm = 44%
This means that a heat engine of 1000 effective CV will spend 560 to operate the pac and provide 440 useful.

Le convertisseur objet de l'invention trouvera, par conséquent, de nombreuses applications comme source d'énergie gratuite et non polluante, notamment sous forme de groupes électrogènes de toutes dimensions.  The converter object of the invention will therefore find many applications as a free and non-polluting source of energy, in particular in the form of generators of all sizes.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1.- Convertisseur de chaleur ambiante essentiellement caractérisé par la mise en oeuvre d'une suite de pompes à chaleur se transmettant successivement leur chaleur de manière à réaliser le transfert étagé, par niveaux successifs de température, de la chaleur d'une source à la température ambiante, dite froide, à une source chaude représentée par le condenseur de la dernière pompe à chaleur de la suite et d'un moteur thermique branché sur ces s deux sources, lequel actionne le groupe de pompes à chaleur tout en produisant un gain de travail utile aux dépens de la source froide.1.- Ambient heat converter essentially characterized by the implementation of a series of heat pumps transmitting their heat successively so as to effect the staged transfer, by successive temperature levels, of heat from a source to the ambient temperature, called cold, at a hot source represented by the condenser of the last heat pump in the suite and of a heat engine connected to these two sources, which activates the group of heat pumps while producing a gain of useful work at the expense of the cold spring. 2.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 1 essentiellement caractérisé par le fait que chacune des pompes à chaleur mises en oeuvre utilise un fluide calorigène traversant la phase liquide au cours de son cycle.2.- Room heat converter according to claim 1 essentially characterized in that each of the heat pumps used uses circulating fluid passing through the liquid phase during its cycle. 3.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 2 essentiellement caractérisé par le fait que toutes les pompes à chaleur qui le composent utilisent un même fluide calorigène à phase liquide ayant une température critique supérieure à la température maximale de la dernière pompe à chaleur, de manière à couvrir toute la gamme des températures.3.- Room heat converter according to claim 2 essentially characterized in that all the heat pumps that compose it use the same circulating fluid in liquid phase having a critical temperature higher than the maximum temperature of the last heat pump, so as to cover the whole range of temperatures. 4.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 3 essentiellement caractérisé par le fait que le fluide utilisé est du trichlorotrifluoroéthane.4.- Room heat converter according to claim 3 essentially characterized in that the fluid used is trichlorotrifluoroethane. 5.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 1 essentiellement caractérisé par le fait que le moteur thermique mis en oeuvre est du type à vapeur.5. Ambient heat converter according to claim 1 essentially characterized in that the heat engine used is of the steam type. 6.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 1, essentiellement caractérisé par le fait que toutes les machines qui le composent tournent à la même vitesse, leurs arbres, alignés sur un axe commun et solidaires, se transmettant directement leur mouvement de rotation 7.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 2 essentiellement caractérisé par le fait que les échangeurs de chaleur sont constitués par un réservoir à deux compartiments séparés par une paroi très conductrice de la chaleur, des agitateurs assurant le brassage de leur contenu liquide.6. An ambient heat converter according to claim 1, essentially characterized in that all the machines which compose it rotate at the same speed, their shafts aligned on a common axis and integral, directly transmitting their rotational movement 7. - Room heat converter according to claim 2 essentially characterized in that the heat exchangers are constituted by a tank with two compartments separated by a wall which is highly conductive of heat, stirrers ensuring the stirring of their liquid content. 8.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 5 essentiellement caractérisé par le fait que son démarrage est assuré par un moyen de chauffage auxiliaire incorporé dans l'évaporateur du moteur à vapeur.8.- Room heat converter according to claim 5 essentially characterized in that its starting is ensured by an auxiliary heating means incorporated in the evaporator of the steam engine. 9.- Convertisseur de chaleur ambiante selon la revendication 1 essentiellement caractérisé par la loi de progression des températures suivante:9.- Room heat converter according to claim 1 essentially characterized by the following law of temperature progression: Tl/To = T2 /T1 = ... = 2;/Tn~l = Cte  Tl / To = T2 / T1 = ... = 2; / Tn ~ l = Cte
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