FR3003601A1 - MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM SAID LIQUID NITROGEN - Google Patents
MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM SAID LIQUID NITROGEN Download PDFInfo
- Publication number
- FR3003601A1 FR3003601A1 FR1452533A FR1452533A FR3003601A1 FR 3003601 A1 FR3003601 A1 FR 3003601A1 FR 1452533 A FR1452533 A FR 1452533A FR 1452533 A FR1452533 A FR 1452533A FR 3003601 A1 FR3003601 A1 FR 3003601A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- chamber
- nitrogen
- intake
- piston
- exhaust
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 597
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 265
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 140
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 33
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 45
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 42
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 41
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 5
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 67
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 51
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 51
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 39
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 25
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 12
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 6
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 5
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 5
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 4
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 4
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000003303 reheating Methods 0.000 description 4
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 4
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 description 3
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 2
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 2
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 2
- 238000012550 audit Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/067—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification
- F01K23/068—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle the combustion heat coming from a gasification or pyrolysis process, e.g. coal gasification in combination with an oxygen producing plant, e.g. an air separation plant
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
- F01K25/10—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J15/00—Systems for storing electric energy
- H02J15/006—Systems for storing electric energy in the form of pneumatic energy, e.g. compressed air energy storage [CAES]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
- Y02E20/18—Integrated gasification combined cycle [IGCC], e.g. combined with carbon capture and storage [CCS]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
L'invention concerne un système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide ledit système pouvant fonctionner selon un mode générateur d'azote liquide pour produire et stocker de l'azote liquide, et un mode moteur pour produire de l'énergie mécanique à partir de l'azote liquide préalablement stocké.The invention relates to a mechanical system for producing and storing liquid nitrogen and producing mechanical energy from said liquid nitrogen, said system being able to operate in a liquid nitrogen generating mode for producing and storing liquid nitrogen, and a motor mode for producing mechanical energy from the previously stored liquid nitrogen.
Description
Système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide 1. Domaine de l'invention Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la réalisation des dispositifs moteurs destinés à être mis en oeuvre pour produire de l'énergie mécanique à partir d'une source d'énergie autre, et de celui des dispositifs générateurs destinés à être mis en oeuvre pour produire une source d'énergie à partir d'une source d'énergie autre. L'invention concerne également les procédés de production d'énergie mécanique et de production de sources d'énergies. L'invention concerne notamment une technique de production, d'utilisation et plus généralement de stockage thermodynamique d'énergies renouvelables ou autres. En particulier, l'invention concerne un système ou dispositif permettant de produire de l'azote liquide puis de générer de l'énergie mécanique à partie de l'azote liquide préalablement produit. 2. Art antérieur et ses inconvénients Des dispositifs moteurs sont couramment mis en oeuvre pour animer d'autres dispositifs.BACKGROUND OF THE INVENTION The field of the invention is that of the design and manufacture of motor devices intended to be used for be used to produce mechanical energy from a different energy source, and from generating devices intended to be used to produce a source of energy from a source of energy other. The invention also relates to methods for producing mechanical energy and producing energy sources. The invention relates in particular to a technique for producing, using and more generally thermodynamic storage of renewable or other energies. In particular, the invention relates to a system or device for producing liquid nitrogen and then generating mechanical energy from the previously produced liquid nitrogen. 2. Prior art and its disadvantages Motor devices are commonly used to animate other devices.
Les véhicules automobiles sont ainsi par exemple équipés d'un moteur qui, en consommant une source d'énergie, généralement du gasoil ou de l'essence, produit de l'énergie mécanique transmise aux roues par une transmission adaptée afin de mouvoir le véhicule. Les installations de production de courant électrique sont par ailleurs généralement équipées d'une turbine qui, en consommant une source d'énergie, entraine le rotor d'un générateur pour produire du courant électrique. Beaucoup d'équipements animés par des dispositifs moteurs sont dotés de moyens de stockage de la source d'énergie nécessaire à la mise en oeuvre de ces dispositifs moteurs. Le dispositif moteur puise dans cette réserve la source d'énergie nécessaire à son fonctionnement. A mesure que le moteur fonctionne, cette réserve en source d'énergie diminue jusqu'à s'épuiser. Il est alors nécessaire de remplir de nouveau les moyens de stockage. La source d'énergie en question n'est toutefois pas toujours disponible sur le lieu où se trouve les moyens de stockage ce qui complique le remplissage de ceux-ci.For example, motor vehicles are equipped with an engine which, by consuming an energy source, generally diesel or gasoline, produces mechanical energy transmitted to the wheels by a transmission adapted to move the vehicle. The power generation facilities are also generally equipped with a turbine which, by consuming a power source, drives the rotor of a generator to produce electric power. Many devices driven by motor devices are provided with storage means of the energy source necessary for the implementation of these motor devices. The engine device draws from this reserve the source of energy necessary for its operation. As the motor runs, this reserve energy source decreases until it runs out. It is then necessary to refill the storage means. The energy source in question is however not always available at the location where the storage means is, which complicates the filling thereof.
En outre, nombreux sont les dispositifs moteurs qui, pour fonctionner, consomment des énergies fossiles. L'utilisation des énergies fossiles n'est pas neutre sur le plan environnemental non seulement du fait qu'elles ne sont pas inépuisables, mais également du fait que leurs consommations, généralement par combustion, induit le dégagement dans l'atmosphère de gaz polluants et autres particules pouvant participer au réchauffement climatique et/ou avoir une incidence négative sur les espèces vivantes. En outre, les réserves en énergies fossiles, du fait qu'elles ne sont pas inépuisables, tendent à diminuer ce qui induit mécaniquement une hausse de leur coût. Par conséquent, la nécessité d'identifier et d'exploiter d'autres formes d'énergies se fait de plus en plus pressante.In addition, there are many power devices that, to operate, consume fossil fuels. The use of fossil fuels is not environmentally neutral not only because they are not inexhaustible, but also because their consumption, usually by combustion, induces the release into the atmosphere of gaseous pollutants. other particles that may contribute to global warming and / or have a negative impact on living species. In addition, the fossil fuel reserves, because they are not inexhaustible, tend to decrease which leads mechanically to an increase in their cost. As a result, the need to identify and exploit other forms of energy is becoming increasingly urgent.
Par ailleurs, de nombreuses activités humaines engendrent une consommation en énergie électrique qui ne cesse de croître. L'énergie électrique est en majeure partie produite à partir d'énergie nucléaire ou d'énergie fossile. La production d'énergie électrique par ces filières n'étant pas neutre sur le plan environnemental, d'autres voies ont été envisagées. On observe ainsi le développement des techniques de production d'énergie électrique par les filières éolienne et solaire, qui exploitent respectivement le vent et le rayonnement solaire pour produire de l'électricité. Les filières éolienne et solaire offrent une alternative avantageuse aux filières nucléaire et fossile en ce que leur impact sur l'environnement est très faible. Elles recourent en effet à des énergies renouvelables et leur mise en oeuvre n'induit pas de dégagement de polluants dans l'environnement. Toutefois, lorsque le vent ou le rayonnement solaire est faible ou nul, la production d'électricité par ces filières l'est également. Les techniques de production d'électricité par ces filières présentent ainsi les inconvénients d'avoir un faible taux de fonctionnement annuel et d'avoir un fonctionnement plutôt aléatoire.In addition, many human activities generate a consumption of electrical energy that continues to grow. Most electrical energy is produced from nuclear energy or fossil energy. The production of electrical energy by these sectors is not environmentally neutral, other ways have been considered. The development of electric power generation techniques by the wind and solar sectors, which exploit the wind and solar radiation respectively to produce electricity, is observed. The wind and solar sectors offer an advantageous alternative to the nuclear and fossil sectors in that their impact on the environment is very low. They use renewable energies and their implementation does not induce the release of pollutants into the environment. However, when the wind or solar radiation is low or zero, electricity production by these channels is also low. The techniques of electricity generation by these sectors thus have the disadvantages of having a low annual operating rate and of having a rather random operation.
On estime que le taux de fonctionnement moyen annuel des installations de production d'électricité par ces filières éolienne et solaire est réduit à environ 1000 à 2500 heures. Afin d'augmenter le taux de fonctionnement des centrales solaires 5 thermodynamiques de production d'électricité, les centrales solaires thermodynamiques avec capacité de stockage thermique sous forme de sel fondue on notamment été développées. Les centrales de ce type permettent de stocker de l'énergie thermique émise par les rayonnements solaires durant une courte période de quelques heures, ce qui permet d'augmenter leur taux de fonctionnement 10 jusqu'à 6000 heures dans l'année dans des régions appropriées. L'inconvénient des centrales de ce type est que l'énergie thermique stockée se perd relativement vite tant par rayonnement que par convection thermique. Pour obtenir un bon rendement, il faut utiliser des sels à changement de phases basse température (entre 400 et 500°C). Ceux-ci sont toutefois facilement inflammables. Les 15 centrales solaires thermodynamiques avec capacité de stockage sèche, telle que les céramiques à 1000°C, permettent également d'augmenter le taux de fonctionnement. Les capacités de ce type occupent davantage de volume et occasionnent davantage de pertes thermiques. Ces centrales ne fonctionnent correctement que dans des régions où l'ensoleillement direct est élevé. 20 Le fonctionnement des techniques de production d'électricité par les filières solaire et éolienne dépend des conditions climatiques. Ainsi, au cours des périodes très ventées ou très ensoleillées, la production d'électricité est très importante alors qu'elle est très faible en l'absence de vent et de soleil. Le fonctionnement de ces techniques de production d'électricité est donc très 25 aléatoire, c'est-à-dire discontinu. Au cours des périodes très ventées ou très ensoleillées, la production d'électricité est très importante. Elles génèrent alors une puissance de crête élevée, pour un taux de fonctionnement faible, si bien qu'elles exercent une pression sur le réseau électrique.It is estimated that the average annual operating rate of power generation facilities for wind and solar is reduced to approximately 1,000 to 2,500 hours. In order to increase the operating rate of thermodynamic solar power generating plants 5, thermodynamic solar power plants with heat storage capacity in the form of molten salt have been developed in particular. The power plants of this type make it possible to store thermal energy emitted by solar radiation for a short period of a few hours, which makes it possible to increase their operating rate up to 6000 hours in the year in appropriate regions. . The disadvantage of power plants of this type is that the stored thermal energy is lost relatively quickly by both radiation and thermal convection. To obtain a good yield, it is necessary to use salts with low temperature change of phase (between 400 and 500 ° C). These are however easily flammable. The 15 thermodynamic solar power plants with dry storage capacity, such as ceramics at 1000 ° C, also make it possible to increase the operating rate. Capacities of this type occupy more volume and cause more heat losses. These plants only work properly in areas with high levels of direct sunlight. The operation of electricity generation techniques by the solar and wind sectors depends on the climatic conditions. Thus, during very windy or very sunny periods, the production of electricity is very important while it is very weak in the absence of wind and sun. The operation of these electricity generation techniques is therefore very random, that is, discontinuous. During very windy or very sunny periods, the production of electricity is very important. They then generate a high peak power, for a low operating rate, so that they exert pressure on the electrical network.
Le fonctionnement très aléatoire des ces techniques de production d'électricité imposerait de stocker l'électricité produite dans une quantité supérieure à la demande au cours des périodes fortement ensoleillées ou ventées pour que celle-ci puisse être consommée pendant les périodes au cours desquelles la production est inférieure à la demande. Ce stockage est toutefois difficile et couteux à la fois en rendement, en infrastructure et/ou en matériaux (batterie). Une alternative au stockage consiste à acheminer la part de l'électricité produite qui ne peut pas être consommée à proximité de son lieu de production dans des zones nécessitant un apport en énergie. Ceci suppose de mettre en oeuvre un réseau d'acheminement de l'énergie excédentaire produite, ce qui représente un poste de coût non négligeable. L'introduction des énergies renouvelables dans le réseau électrique implique donc la mise en oeuvre d'un réseau d'acheminement, de moyens de stockage et d'approvisionnement adaptés et couteux. Ceci tend à limiter le développement des techniques de production d'électricité impliquant le recours à des énergies renouvelables. Il existe donc un besoin en identification et exploitation de sources d'énergies renouvelables alternatives par exemple pour produire de l'énergie mécanique et/ou de l'électricité, ainsi qu'un besoin en solution de stockage et de distribution de ces énergies renouvelables. Au rang de ces énergies renouvelables figure notamment l'azote liquide qui présente l'avantage de pouvoir être produit à l'infini à partir de l'air ambiant comparativement à des batteries par exemples qui nécessitent des métaux plus ou moins rares. L'azote liquide présente, pour un volume sensiblement égale à celui de batteries produisant environ 100 à 200 watt/kilo, la particularité de pouvoir être stocker dans des réservoirs économiques plusieurs mois avec peu de perte. 3. Objectifs de l'invention L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.The highly unpredictable operation of these power generation techniques would require the storage of more demand-generated electricity during periods of high sunshine or wind, so that it can be consumed during the periods in which the generation of electricity occurs. is lower than the demand. This storage is however difficult and expensive in terms of performance, infrastructure and / or materials (battery). An alternative to storage is to route the portion of electricity produced that can not be consumed near its production site in areas requiring energy input. This involves implementing a network for the transport of excess energy produced, which represents a significant cost item. The introduction of renewable energies in the electricity network therefore implies the implementation of a transport network, storage and supply means adapted and expensive. This tends to limit the development of electricity generation techniques involving the use of renewable energies. There is therefore a need for identification and exploitation of alternative renewable energy sources, for example for producing mechanical energy and / or electricity, as well as a need for a storage and distribution solution for these renewable energies. Among these renewable energies is in particular liquid nitrogen which has the advantage of being able to be produced indefinitely from the ambient air compared to batteries for example which require more or less rare metals. The liquid nitrogen has, for a volume substantially equal to that of batteries producing about 100 to 200 watts / kilo, the particularity of being able to be stored in economic tanks several months with little loss. 3. OBJECTIVES OF THE INVENTION The object of the invention is notably to overcome these disadvantages of the prior art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire de l'énergie mécanique à partir d'un gaz liquéfié et alternativement de produire ce gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique.More specifically, an object of the invention is to provide a system which allows, in at least one embodiment, to produce mechanical energy from a liquefied gas and alternatively to produce this liquefied gas from mechanical energy.
Un autre objectif de l'invention est de mettre en oeuvre un tel système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire ce gaz liquéfié à partir d'énergie renouvelable ou d'énergie autre. L'invention a encore pour objectif de procurer une tel système qui permette, dans au moins un mode de réalisation, de produire de l'énergie mécanique et/ou électrique de manière quasi autonome à partir d'énergies renouvelables ou autre. Un autre objectif de l'invention est de proposer un tel système qui soit simple à mettre en oeuvre et/ou compact et/ou économique et/ou simple de conception et/ou écologique. 4. Exposé de l'invention Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un système mécanique de production et de stockage d'azote liquide et de production d'énergie mécanique à partir dudit azote liquide, ledit système comprenant au moins : - un premier piston monté mobile à l'intérieur d'une première chambre munie de premiers moyens d'admission et de premiers moyens d'échappement ; - un deuxième piston monté mobile à l'intérieur d'une deuxième chambre munie de deuxièmes moyens d'admission et de deuxièmes moyens d' échappement ; - des moyens de pilotage desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et desdits premiers et deuxièmes moyens d'échappement ; - des moyens d'échange de chaleur ; - des moyens de stockage d'azote liquide ; - des moyens moteurs reliés auxdits premier et deuxième pistons ; ledit système étant configure pour fonctionner selon au moins deux modes : - un mode générateur d'azote liquide dans lequel : - lesdits deuxièmes moyens d'admission sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote gazeux, - lesdits deuxièmes moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote comprimé, - lesdits moyens d'évacuation d'azote comprimé sont reliés auxdits moyens d' échange de chaleur puis auxdits premiers moyens d'admission, - lesdits premiers moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'acheminement d'azote liquide débouchant dans lesdits moyens de stockage d'azote liquide et à des moyens d'acheminement d'azote non liquéfié débouchant dans lesdits moyens d'échange de chaleur avec ledit azote comprimé, - lesdits moyens moteurs étant configurés pour entrainer lesdits premier et deuxième pistons en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre puis détendre dans ladite première chambre, l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage ; - un mode moteur dans lequel : - lesdits premiers moyens d'admission sont reliés à des moyens d'acheminement de l'azote contenu dans lesdits moyens de stockage, - les premiers moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu, - lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux au moins partiellement détendu sont reliés auxdits deuxièmes moyens d'admission, - lesdits deuxièmes moyens d'échappement sont reliés à des moyens d'évacuation d'azote davantage détendu, - lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter lesdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre puis dans ladite deuxième chambre. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à 10 procurer un système mécanique pouvant selon un mode de fonctionnement être mis en mouvement en lui transmettant de l'énergie mécanique produite par exemple à partir d'électricité, de fuel, de gaz, du rayonnement solaire ou de la force du vent, produire de l'azote liquide, et dans un autre mode de fonctionnement de produire de l'énergie mécanique en consommant l'azote 15 liquide précédemment produit. La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique. Elle propose ainsi un système permettant de produire et de stocker de 20 l'énergie renouvelable de façon économique. Plus particulièrement, le système selon l'invention présente une structure comprenant au moins deux ensembles chemise-piston, c'est-à-dire deux chemises logeant chacune un piston monté mobile, qui ont la particularité de fonctionner de la manière suivante : 25 - en mode générateur d'azote liquide, un ensemble chemise-piston fonctionne en tant que compresseur pour comprimer de l'azote gazeux alors que l'autre fonctionne en tant que détendeur pour détendre l'azote gazeux comprimé provenant du premier ensemble chemise-piston afin de produire de l'azote liquide dans ce deuxième ensemble 30 chemise-piston qui est en suite stocké dans des moyens prévus à cet effet ; en mode moteur, les deux ensembles chemise-piston fonctionnent en tant que détendeur, l'azote liquide stocké est introduit dans un premier ensemble chemise-piston à l'intérieur duquel il se détend au moins en partie avant d'être acheminé dans le deuxième ensemble chemise- piston dans lequel il est détendu d'avantage. Il est en outre prévu, en mode générateur d'azote liquide, que des moyens d'échange de chaleur soient mis en oeuvre afin qu'au moins une partie de l'azote non liquéfié provenant de la chambre de détente échange des calories avec l'azote comprimé provenant de la chambre de compression afin d'abaisser la température de celui-ci. Selon une caractéristique préférentielle, lesdits premiers moyens d'admission et premiers moyens d'échappement sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits deuxièmes moyens d'admission et deuxièmes moyens d'échappement sont montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, lesdits moyens de pilotage étant configure pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et desdits premiers et deuxièmes moyens d'échappement de ladite position d'ouverture à ladite position d'obturation, - en mode générateur, lesdits moyens moteurs étant configurés pour entrainer lesdits premier et deuxième pistons en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres et lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre puis détendre dans ladite première chambre, l'azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, pour produire ledit azote liquide dans ladite première chambre puis l'acheminer dans lesdits moyens de stockage ; - en mode moteur, lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits premiers et deuxièmes moyens d'admission et d'échappement entre lesdites positions d'ouverture et d'obturation, et inversement, de manière telle que lesdits premier et deuxième pistons sont mis en mouvement à l'intérieur desdites première et deuxième chambres pour produire de l'énergie mécanique sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite première chambre puis dans ladite deuxième chambre. Selon une autre caractéristique préférentielle, lesdits premier et deuxième pistons sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit deuxième piston est déplacé vers son point mort haut pour comprimer ledit azote gazeux dans ladite deuxième chambre, puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'échappement dans leur position d'ouverture pour permettre l'acheminement dudit azote gazeux comprimé vers lesdits premiers moyens d'admission, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits premier moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre ledit azote gazeux comprimé, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre ledit azote liquide et ledit azote non liquéfié. Un système selon l'invention peut ainsi être utilisé pour produire et stocker de l'azote liquide en étant animé par des moyens moteurs comme par exemple un moteur électrique, à moteur à essence, au fioul, à gaz ou à vent...Another object of the invention is to implement such a system that allows, in at least one embodiment, to produce the liquefied gas from renewable energy or other energy. The invention also aims to provide such a system that allows, in at least one embodiment, to produce mechanical energy and / or electricity almost independently from renewable energies or otherwise. Another object of the invention is to provide such a system that is simple to implement and / or compact and / or economical and / or simple design and / or ecological. 4. Objective of the invention These objectives, as well as others which will appear subsequently, are achieved according to the invention by means of a mechanical system for the production and storage of liquid nitrogen and for the production of mechanical energy from said liquid nitrogen, said system comprising at least: a first piston movably mounted within a first chamber provided with first intake means and first exhaust means; a second piston movably mounted inside a second chamber provided with second intake means and second exhaust means; means for controlling said first and second intake means and said first and second exhaust means; heat exchange means; liquid nitrogen storage means; - Motor means connected to said first and second pistons; said system being configured to operate in at least two modes: a liquid nitrogen generating mode in which: said second intake means are connected to means for conveying nitrogen gas, said second exhaust means are connected to means for discharging compressed nitrogen, - said compressed nitrogen discharge means are connected to said heat exchange means and then to said first intake means, - said first exhaust means are connected to liquid nitrogen conveying means opening into said liquid nitrogen storage means and non-liquefied nitrogen conveying means opening into said means for exchanging heat with said compressed nitrogen, said motor means being configured to drive said first and second moving pistons within said first and second chambers and said driving means being configured to drive the said first and second intake and exhaust means for compressing said nitrogen gas in said second chamber and then expanding in said first chamber the compressed nitrogen gas from said second chamber to produce said liquid nitrogen in said first chamber and then to convey in said storage means; a motor mode in which: said first intake means are connected to means for conveying the nitrogen contained in said storage means; the first exhaust means are connected to means for evacuating nitrogen gas at least partially expanded, - said at least partially expanded nitrogen gas discharge means are connected to said second intake means, - said second exhaust means are connected to nitrogen evacuation means further relaxed said driving means being configured to drive said first and second intake and exhaust means in such a manner that said first and second pistons are moved within said first and second chambers to produce energy mechanical under the effect of the relaxation of nitrogen in said first chamber and in said second chamber. Thus, the invention is based on a completely original approach which consists in providing a mechanical system that can be moved according to a mode of operation by transmitting to it mechanical energy produced for example from electricity, fuel , gas, solar radiation or wind force, produce liquid nitrogen, and in another mode of operation to produce mechanical energy by consuming the liquid nitrogen previously produced. The technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy. It thus proposes a system for producing and storing renewable energy economically. More particularly, the system according to the invention has a structure comprising at least two jack-piston assemblies, that is to say two jackets each housing a movably mounted piston, which have the particular feature of operating as follows: in liquid nitrogen generating mode, a jacket-piston assembly functions as a compressor for compressing nitrogen gas while the other operates as a pressure reducer for expanding the compressed nitrogen gas from the first jacket-piston assembly to to produce liquid nitrogen in this second piston-liner assembly which is subsequently stored in means provided for this purpose; in engine mode, the two piston-sleeve assemblies operate as a pressure reducer, the stored liquid nitrogen is introduced into a first set piston-folder inside which it relaxes at least in part before being routed in the second together shirt-piston in which he is relaxed more. It is further provided, in the liquid nitrogen generating mode, that heat exchange means are used so that at least a portion of the non-liquefied nitrogen from the flash chamber exchanges heat with the liquid. compressed nitrogen from the compression chamber to lower the temperature thereof. According to a preferred feature, said first intake means and first exhaust means are movably mounted between an open position and a closed position, said second intake means and second exhaust means are mounted movably between a first and second exhaust means. open position and a closed position, said control means being configured to control the movement of said first and second intake means and said first and second exhaust means from said open position to said closed position in generator mode, said motor means being configured to drive said first and second pistons in motion inside said first and second chambers and said control means being configured to control the movement of said first and second admission means and exhaust between said opening and closing positions, and vice versa, compressing said gaseous nitrogen in said second chamber and then relaxing in said first chamber the compressed nitrogen gas from said second chamber to produce said liquid nitrogen in said first chamber and then convey it into said storage means; in motor mode, said control means being configured to control the movement of said first and second intake and exhaust means between said open and closed positions, and vice versa, such that said first and second pistons are moved within said first and second chambers to produce mechanical energy under the effect of the expansion of the nitrogen in said first chamber and then in said second chamber. According to another preferred feature, said first and second pistons are movably mounted in said first and second chambers between a top dead center and a bottom dead center in reciprocating movement, said motor means and said control means being configured, in generator mode, to place said second intake means in the open position and said second exhaust means in the closed position when said second piston is moved to its bottom dead point to admit said nitrogen gas into said second chamber, to place said second intake means in the closed position and said second exhaust means in the closed position when said second piston is moved to its top dead center to compress said nitrogen gas in said second chamber, then to place said second means of exhaust in their open position to allow routing said compressed nitrogen gas to said first inlet means for placing said first intake means in the open position and said first exhaust means in the closed position when said first piston is moved to its bottom dead center to admit in said first chamber said compressed nitrogen gas, for placing said first intake means in the closed position and said first exhaust means in the open position when said first piston is moved to its top dead center to evacuate said first said liquid nitrogen and said non-liquefied nitrogen chamber. A system according to the invention can thus be used to produce and store liquid nitrogen being driven by motor means such as an electric motor, gasoline engine, fuel oil, gas or wind ...
Selon une autre caractéristique préférentielle, lesdits premier et deuxième pistons sont montés mobiles dans lesdites première et deuxième chambres entre un point mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteur et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode moteur, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite première chambre ledit azote provenant desdits moyens de stockage, puis pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite première chambre et induire le déplacement dudit premier piston vers son point mort bas, pour placer lesdits premiers moyens d'admission en position d'obturation et lesdits premiers moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit premier piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite première chambre ledit azote en partie détendu vers lesdits deuxièmes moyens d'admission, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission dans ladite position d'ouverture et lesdits deuxièmes moyens d'échappement dans ladite position d'obturation lorsque ledit deuxième piston de déplace vers son point mort bas pour admettre dans ladite deuxième chambre ledit azote en partie détendu dans ladite première chambre, puis pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation afin de permettre la détente dudit azote à l'intérieur de ladite deuxième chambre et induire le déplacement dudit deuxième piston vers son point mort bas, pour placer lesdits deuxièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits deuxièmes moyens d'échappement en position d'ouverture lorsque ledit deuxième piston se déplace vers son point mort haut pour évacuer de ladite deuxième chambre ledit azote d'avantage détendu. Un système selon l'invention peut ainsi être utilisé pour produire de l'énergie mécanique en consommant l'azote liquide préalablement produit en mode générateur. L'énergie mécanique ainsi produite pourra par exemple être 30 utilisée pour entrainer en mouvement un générateur de courant ou permettre le déplacement d'un véhicule... Selon un mode de réalisation préférentiel, lesdits moyens moteurs comprennent : - un troisième piston monté mobile à l'intérieur d'une troisième chambre munie de troisièmes moyens d'admission ou d'échappement et de quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement, lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement étant montés mobiles entre une position d'ouverture et une position d'obturation, - et des moyens de pilotage du déplacement desdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission ou d'échappement, et en ce qu'en mode générateur : - lesdits moyens d'évacuation d'azote gazeux comprimé sont en outre reliés à des moyens de réchauffage dudit azote gazeux comprimé, - des moyens d'acheminement dudit azote gazeux comprimé réchauffé provenant desdits moyens de réchauffage sont reliés auxdits troisièmes moyens d'admission, lesdits moyens de pilotage étant configurés pour piloter le déplacement desdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission et d'échappement pour entrainer en mouvement ledit troisième piston à l'intérieur de ladite troisième chambre sous l'effet de la détente de l'azote dans ladite troisième chambre, et ainsi produire de l'énergie mécanique transmise auxdits premier et deuxième pistons pour les entrainer en mouvement dans lesdites première et deuxième chambres. Ainsi, il est possible de réchauffer, par exemple avec le rayonnement solaire, une partie de l'azote gazeux comprimé provenant du deuxième ensemble chemise-piston puis de l'acheminer dans le troisième ensemble chemise-piston à l'intérieur duquel il se détend pour produire de l'énergie mécanique employé pour animer le système. Dans ce cas, et selon une caractéristique préférentielle, ledit troisième piston est monté mobile à l'intérieur de ladite troisième chambre entre un point 30 mort haut et un point mort bas selon un mouvement alternatif, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage étant configurés, en mode générateur, pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits quatrièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre ledit azote gazeux réchauffé, puis pour placer lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits quatrièmes moyens d'échappement en position d'obturation afin que ledit azote se détende à l'intérieur de ladite troisième chambre en entrainant ledit troisième piston vers son point mort bas et lesdits premier et deuxième piston en mouvement respectivement dans lesdites première et deuxième chambres, pour placer lesdits cinquièmes moyens d'échappement en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'admission en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort haut pour évacuer de ladite troisième chambre l'azote détendu.According to another preferred feature, said first and second pistons are movably mounted in said first and second chambers between a top dead center and a bottom dead center in reciprocating movement, said motor means and said control means being configured, in motor mode, to place said first intake means in the open position and said first exhaust means in the closed position when said first piston is moved to its bottom dead point to admit into said first chamber said nitrogen from said storage means, then to place said first intake means in the closed position in order to allow said nitrogen to relax inside said first chamber and to induce the displacement of said first piston towards its bottom dead point, to place said first admission means in the closed position and said first exhaust means in the open position when said first piston is moved to its top dead center to evacuate from said first chamber said partially expanded nitrogen to said second intake means, to place said second intake means in said open position and said second means for exhaust in said closed position when said second piston moves towards its bottom dead point to admit into said second chamber said nitrogen partially expanded in said first chamber, then to place said second intake means in the closed position in order to allow said nitrogen to expand within said second chamber and induce the displacement of said second piston towards its bottom dead point, to place said second intake means in the closed position and said second exhaust means in position of opening when said second piston moves towards its top dead center to evacuate said second chamber said nitrogen advantage relaxed. A system according to the invention can thus be used to produce mechanical energy by consuming the liquid nitrogen previously produced in generator mode. The mechanical energy thus produced may, for example, be used to drive a current generator in motion or to allow the movement of a vehicle. According to a preferred embodiment, said motor means comprise: a third piston mounted movably to the interior of a third chamber provided with third inlet or exhaust means and fourth intake or exhaust means, said third and fourth intake or exhaust means being mounted movably between a position of an opening and a closing position, and means for controlling the movement of said third and fourth intake or exhaust means, and in that in generating mode: said means for evacuating compressed nitrogen gas are furthermore connected to means for heating said compressed nitrogen gas; means for conveying said heated compressed nitrogen gas from said heating means; blowing are connected to said third intake means, said control means being configured to control the movement of said third and fourth intake and exhaust means to drive in movement said third piston within said third chamber under the effect of the expansion of the nitrogen in said third chamber, and thus produce mechanical energy transmitted to said first and second pistons to drive them in motion in said first and second chambers. Thus, it is possible to heat, for example with solar radiation, a portion of the compressed nitrogen gas from the second jacket-piston assembly and then convey it into the third set shirt-piston inside which it relaxes to produce mechanical energy used to animate the system. In this case, and according to a preferred characteristic, said third piston is movably mounted inside said third chamber between a high dead point and a bottom dead center in a reciprocating movement, said motor means and said control means being configured. , in generator mode, for placing said third intake means in the open position and said fourth exhaust means in the closed position when said third piston is moved towards its bottom dead point to admit into said third chamber said gaseous nitrogen heated, then to place said third intake means in the closed position and said fourth exhaust means in the closed position so that said nitrogen expands within said third chamber causing said third piston towards its point death down and said first and second piston moving respectively in said first and second chambers, for placing said fifth exhaust means in the open position and said third intake means in the closed position when said third piston is moved to its top dead center to evacuate the expanded nitrogen from said third chamber.
Un système selon l'invention peut ainsi être animé au moyen du troisième ensemble chemise-piston. Selon une autre caractéristique préférentielle, ledit deuxième et ledit troisième pistons constituent un unique piston à double effet, lesdites deuxième et troisième chambres étant délimitées par une unique enveloppe et ledit piston à double effet. Selon une caractéristique préférentielle, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit azote gazeux comprimé. La source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique peut ainsi être constituée par le rayonnement solaire. Le système peut ainsi être animé à partir de l'énergie solaire pour produire en mode générateur du gaz liquide. Dans ce cas, un système selon l'invention comprend préférentiellement des moyens d'accumulation de ladite énergie thermique. Il est ainsi possible de stocker de l'énergie thermique provenant du rayonnement solaire afin de le restituer progressivement y compris lorsque le rayonnement solaire devient faible ou nul notamment durant la nuit. Il est possible d'assurer la continuité de production d'énergie électrique par exemple sur une année entière à partir d'énergie solaire en palliant le manque de soleil d'abord avec la capacité thermique (périodes courtes) puis avec l'azote liquide produit. Il est ainsi possible de pallier l'aspect aléatoire de la disponibilité en rayonnement solaire. Selon une caractéristique préférentielle, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de transfert de chaleur de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre audit azote gazeux comprimé provenant de ladite deuxième chambre, et des moyens d'acheminement, dans ladite deuxième chambre, de l'azote détendu provenant de ladite troisième chambre ainsi refroidi dans lesdits moyens e transfert de chaleur. Il est ainsi possible de préchauffer l'azote liquide gazeux comprimé provenant de la deuxième chambre en lui transmettant une partie de la chaleur de l'azote gazeux détendu provenant de la troisième chambre, ce qui permet d'améliorer le rendement. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens d'acheminement de l'azote liquide contenu dans lesdits moyens de stockage (comprennent des moyens de réchauffage dudit azote liquide.A system according to the invention can thus be driven by means of the third set shirt-piston. According to another preferred feature, said second and third pistons constitute a single double-acting piston, said second and third chambers being delimited by a single envelope and said double-acting piston. According to a preferred feature, said heating means comprise means for converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said compressed nitrogen gas. The source of heat required for the production of mechanical energy can thus be constituted by solar radiation. The system can be animated from solar energy to generate liquid gas in the generator mode. In this case, a system according to the invention preferably comprises means for accumulating said thermal energy. It is thus possible to store thermal energy from solar radiation in order to restore it gradually, even when the solar radiation becomes low or zero, especially during the night. It is possible to ensure the continuity of production of electrical energy for example over a whole year from solar energy by mitigating the lack of sun first with the thermal capacity (short periods) and then with the liquid nitrogen produced . It is thus possible to overcome the random aspect of the availability of solar radiation. According to a preferred feature, said heating means comprise means for transferring heat of the expanded nitrogen from said third chamber to said compressed nitrogen gas from said second chamber, and means for conveying, into said second chamber, the expanded nitrogen from said third chamber thus cooled in said heat transfer means. It is thus possible to preheat the compressed liquid nitrogen gas from the second chamber by transmitting a portion of the heat of the expanded nitrogen gas from the third chamber, which improves the efficiency. According to an advantageous characteristic, said means for conveying the liquid nitrogen contained in said storage means (comprise means for heating said liquid nitrogen.
Ceci permet de mettre le circuit sous pression et d'améliorer le rendement des détentes. Dans ce cas, selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de réchauffage dudit azote liquide comprennent, en mode moteur, des moyens d'acheminement d'air reliés auxdits troisièmes moyens d'amission, et des moyens de transfert de chaleur audit azote liquide, lesdits troisièmes et quatrièmes moyens d'admission et d'échappement étant pilotés par lesdits moyens de pilotage de façon à comprimer ledit air dans ladite troisième chambre, afin de transférer la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre audit azote liquide. Il est ainsi possible de préchauffer le gaz liquide en exploitant la compression mise en oeuvre ce qui permet de diminuer les besoins en source de chaleur autre. Dans ce cas, selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens moteurs et lesdits moyens de pilotage sont configurés, en mode moteur, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission en position d'ouverture et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston est déplacé vers son point mort bas pour admettre dans ladite troisième chambre ledit air, pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'obturation lorsque ledit troisième piston se déplace vers son point mort haut pour comprimer ledit air dans ladite troisième chambre, puis pour placer lesdits quatrièmes moyens d'admission en position d'obturation et lesdits troisièmes moyens d'échappement en position d'ouverture pour évacuer de ladite troisième chambre l'air y étant préalablement comprimé. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de transfert de la chaleur dudit air comprimé dans ladite troisième chambre audit azote liquide comprennent un serpentin placé dans l'enveloppe périphérique de ladite troisième chambre, lesdits moyens d'acheminement dudit azote liquide comprenant ledit serpentin. Ceci permet de réchauffer simplement mais efficacement l'azote liquide en lui transférant la chaleur produite par la compression dans la troisième chambre. Selon une caractéristique avantageuse, lesdits moyens de réchauffage de dudit azote liquide comprennent en outre des moyens d'échange de chaleur entre ledit air véhiculé dans lesdits moyens d'acheminement d'air et l'air provenant de ladite troisième chambre, et des moyens d'acheminement dans ladite deuxième chambre de l'air provenant de ladite troisième chambre ainsi réchauffé dans lesdits moyens d'échange de chaleur. Il est ainsi possible de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air comprimé à froid dans les quatrièmes moyens de compression et puis expansé par l'air ambiant.This makes it possible to put the circuit under pressure and to improve the yield of the detents. In this case, according to an advantageous characteristic, said means for heating said liquid nitrogen comprise, in motor mode, air conveying means connected to said third means of amission, and means for transferring heat to said liquid nitrogen, said third and fourth intake and exhaust means being controlled by said control means so as to compress said air in said third chamber, in order to transfer the heat of said compressed air into said third chamber to said liquid nitrogen. It is thus possible to preheat the liquid gas by exploiting the compression implemented which reduces the need for other heat source. In this case, according to an advantageous characteristic, said motor means and said control means are configured, in engine mode, to place said fourth intake means in the open position and said third exhaust means in the closed position when said third piston is moved to its bottom dead center to admit into said third chamber said air, to place said fourth intake means and said third exhaust means in the closed position when said third piston moves towards its top dead center for compressing said air in said third chamber, then for placing said fourth intake means in the closed position and said third exhaust means in the open position for discharging from said third chamber the air previously compressed therein. According to an advantageous characteristic, said means for transferring the heat of said compressed air into said third chamber to said liquid nitrogen comprise a coil placed in the peripheral envelope of said third chamber, said means for conveying said liquid nitrogen comprising said coil. This allows to simply but effectively heat the liquid nitrogen by transferring the heat produced by the compression in the third chamber. According to an advantageous characteristic, said means for heating said liquid nitrogen further comprise heat exchange means between said air conveyed in said air conveying means and the air coming from said third chamber, and means for conveying into said second chamber air from said third chamber thus heated in said heat exchange means. It is thus possible to recover about 10% of additional mechanical energy by the expansion of the cold compressed air in the fourth compression means and then expanded by the ambient air.
Selon une caractéristique avantageuse, un système selon l'invention comprend des moyens de réchauffage, en mode moteur, dudit azote liquide à l'intérieur desdites première et/ou deuxième chambres. Il est ainsi possible de réaliser des détentes sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement.According to an advantageous characteristic, a system according to the invention comprises means for heating, in motor mode, said liquid nitrogen inside said first and / or second chambers. It is thus possible to achieve substantially isothermal detents which improves the efficiency.
Lorsque le système est utilisé en tant que pompe à chaleur, l'eau froide provenant des chambres de détente peut-être réchauffé par l'air ambiant avant d'être injectée dans les chambres de détente pour y améliorer la détente de l'azote gazeux. Selon une caractéristique avantageuse, un système selon l'invention comprend des moyens de rafraichissement, en mode générateur, dudit azote gazeux à l'intérieur de ladite deuxième chambre. Il est ainsi possible de réaliser des compressions sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement. Dans ce cas, l'eau chaude provenant, en mode générateur, de la chambre à l'intérieur de laquelle l'azote gazeux est comprimé, peut être utilisée comme eau de chauffage par exemple dans un système de chauffage par la plancher ou autre. L'eau rafraichie en sortie de celui-ci peut alors être injectée comme eau de rafraichissement dans la chambre de compression. Selon une autre caractéristique avantageuse, un système selon l'invention, comprend des moyens pour faire varier la cylindrée d'au moins une desdites chambres. Il est ainsi possible d'adapter la cylindrée desdites chambres en fonction du modes de fonctionnement mis en oeuvre afin d'optimiser le fonctionnement du système.When the system is used as a heat pump, the cold water from the expansion chambers can be warmed by the ambient air before being injected into the expansion chambers to improve the expansion of the nitrogen gas . According to an advantageous characteristic, a system according to the invention comprises means for refreshing, in generator mode, said gaseous nitrogen inside said second chamber. It is thus possible to perform substantially isothermal compressions which improves the efficiency. In this case, the hot water coming, in generator mode, from the chamber inside which the nitrogen gas is compressed can be used as heating water for example in a floor heating system or the like. The water cooled at the outlet thereof can then be injected as cooling water into the compression chamber. According to another advantageous characteristic, a system according to the invention comprises means for varying the displacement of at least one of said chambers. It is thus possible to adapt the displacement of said chambers according to the operating modes used to optimize the operation of the system.
Selon d'autres aspects, l'invention concerne un système mécanique comprenant : - des moyens de production alternative d'énergie mécanique ou d'un gaz liquéfié ; - des moyens d'alimentation en ledit gaz liquéfié desdits moyens de production ; - des moyens de fourniture d'énergie mécanique auxdits moyens de production ; - des moyens d'alimentation en ledit gaz à l'état gazeux desdits moyens de production ; ledit système ayant deux modes de fonctionnement : - un mode moteur dans lequel lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz liquéfié alimentent lesdits moyens de production pour produire de l'énergie mécanique ; - un mode générateur dans lequel lesdits moyens de fourniture d'énergie mécanique fournissent de l'énergie mécanique auxdits moyens de production et lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz à l'état gazeux alimentent lesdits moyens de production pour produire ledit gaz liquéfié. Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait originale qui consiste à procurer un système mécanique pouvant selon un mode de fonctionnement produire un gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique, et dans un autre mode de fonctionnement de produire de l'énergie mécanique à partir du gaz liquéfié précédemment produit. La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique. Elle propose ainsi un système permettant de produire et de stocker de l'énergie renouvelable de façon économique. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de production comprennent : - au moins des premiers moyens de détente dudit gaz liquéfié et des deuxièmes moyens de détente dudit gaz liquéfié montés en série, lesdits premiers et deuxièmes moyens de détente étant mis en oeuvre pendant ledit mode moteur ; - des moyens de compression dudit gaz à l'état gazeux, des moyens de refroidissement d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé, et des troisièmes moyens de détente dudit gaz à l'état gazeux comprimé et refroidi, lesdits moyens de compression, lesdits moyens de refroidissement et lesdits troisième moyens de détente étant mis en oeuvre pendant le mode générateur, lesdits moyens de compression comprenant lesdits premiers ou deuxièmes moyens de détente. Les moyens mis en oeuvre pour comprimer le gaz à l'état gazeux en mode générateur comprennent donc certains des moyens mis en oeuvre pour détendre le gaz liquide en mode moteur. Le système selon l'invention est ainsi compact.According to other aspects, the invention relates to a mechanical system comprising: - means of alternative production of mechanical energy or a liquefied gas; means for feeding said liquefied gas of said production means; means for supplying mechanical energy to said production means; means for feeding said gas in the gaseous state of said production means; said system having two modes of operation: - a motor mode in which said supply means for said liquefied gas feed said production means to produce mechanical energy; a generator mode in which said mechanical energy supply means supply mechanical energy to said production means and said means for supplying said gaseous gas feed said production means to produce said liquefied gas. Thus, the invention is based on a completely original approach which consists in providing a mechanical system that can operate in one mode of operation to produce a liquefied gas from mechanical energy, and in another mode of operation to produce energy. mechanical from the liquefied gas previously produced. The technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy. It proposes a system for producing and storing renewable energy economically. According to a preferred feature of the invention, said production means comprise: at least first expansion means of said liquefied gas and second expansion means of said liquefied gas connected in series, said first and second expansion means being implemented during said motor mode; means for compressing said gas in the gaseous state, cooling means for at least a portion of said gas in the compressed gaseous state, and third expansion means for said gaseous gas, compressed and cooled, compression means, said cooling means and said third expansion means being implemented during the generator mode, said compression means comprising said first or second expansion means. The means used to compress the gas in the gaseous state in the generator mode therefore comprise some of the means used to relax the liquid gas in the engine mode. The system according to the invention is thus compact.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de fourniture d'énergie mécanique comprennent lesdits moyens de compression dudit gaz à l'état gazeux, des moyens de réchauffage d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé, des quatrièmes moyens de détente dudit gaz à l'état gazeux comprimé réchauffé.According to a preferred feature of the invention, said means for supplying mechanical energy comprise said means for compressing said gas in the gaseous state, means for reheating at least part of said gas in the compressed gaseous state, fourth means for expanding said gas in the heated gaseous state.
Il est ainsi possible de comprimer le gaz à l'état gazeux, puis de le réchauffer et enfin de le détendre afin de produire de l'énergie mécanique permettant, en mode générateur, d'animer le système pour produire du gaz liquide. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit gaz à l'état gazeux comprimé. La source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique peut ainsi être constituée par le rayonnement solaire. Le système peut ainsi être animé à partir de l'énergie solaire pour produire en mode générateur du gaz liquide. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, un système selon l'invention comprend des moyens d'accumulation de ladite énergie thermique. Il est ainsi possible de stocker de l'énergie thermique provenant du rayonnement solaire afin de le restituer progressivement y compris lorsque le rayonnement solaire devient faible ou nul notamment durant la nuit. Il est possible d'assurer la continuité de production d'énergie électrique par exemple sur une année entière à partir d'énergie solaire en palliant le manque de soleil d'abord avec la capacité thermique (périodes courtes) puis avec l'azote liquide produit. Il est ainsi possible de pallier l'aspect aléatoire de la disponibilité en rayonnement solaire. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de récupération de rejets thermiques industriels et/ou de conversion d'énergie solaire en énergie thermique, et des moyens de transfert de ladite énergie thermique audit gaz à l'état gazeux comprimé. Il est ainsi possible de valoriser les rejets thermiques industriels en tant que source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire en mode générateur du gaz liquide. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de cogénération. Il est ainsi possible de valoriser la chaleur produite par un système de cogénération en tant que source de chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire en mode générateur du gaz liquide. Un système de cogénération peut par exemple comprendre une chaudière mis en oeuvre pour produire la chaleur pour le chauffage d'un bâtiment et la chaleur nécessaire à la production d'énergie mécanique pour animer le système afin de produire du gaz liquide ou de l'énergie électrique. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des moyens de transfert de chaleur du gaz détendu provenant desdits quatrièmes moyens de détente audit gaz à l'état gazeux comprimé. Il est ainsi possible de préchauffer le gaz à l'état gazeux comprimé provenant des moyens de compression en lui transmettant une partie de la chaleur du gaz détendu provenant des quatrièmes moyens de détente, ce qui permet d'améliorer le rendement.It is thus possible to compress the gas in the gaseous state, then to heat it up and finally to relax it in order to produce mechanical energy allowing, in generator mode, to animate the system to produce liquid gas. According to a preferred feature of the invention, said heating means comprise means for converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said gas in the compressed gaseous state. The source of heat required for the production of mechanical energy can thus be constituted by solar radiation. The system can be animated from solar energy to generate liquid gas in the generator mode. According to a preferred feature of the invention, a system according to the invention comprises means for accumulating said thermal energy. It is thus possible to store thermal energy from solar radiation in order to restore it gradually, even when the solar radiation becomes low or zero, especially during the night. It is possible to ensure the continuity of production of electrical energy for example over a whole year from solar energy by mitigating the lack of sun first with the thermal capacity (short periods) and then with the liquid nitrogen produced . It is thus possible to overcome the random aspect of the availability of solar radiation. According to a preferred feature of the invention, said heating means comprise means for recovering industrial heat discharges and / or converting solar energy into thermal energy, and means for transferring said thermal energy to said gas in the state. gaseous compressed. It is thus possible to valorize the industrial heat discharges as a source of heat necessary for the production of mechanical energy to animate the system in order to generate liquid gas generation. According to a preferred feature of the invention, said heating means comprise cogeneration means. It is thus possible to recover the heat produced by a cogeneration system as a source of heat necessary for the production of mechanical energy to animate the system in order to produce liquid gas in the generator mode. A cogeneration system may for example comprise a boiler used to produce the heat for heating a building and the heat necessary for the production of mechanical energy to animate the system to produce liquid gas or energy. electric. According to a preferred feature of the invention, said heating means comprise means for transferring heat of the expanded gas from said fourth expansion means to said gas in the compressed gaseous state. It is thus possible to preheat the gas in the compressed gaseous state from the compression means by transmitting a portion of the heat of the expanded gas from the fourth expansion means, thereby improving the efficiency.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de refroidissement comprennent des moyens de transfert de chaleur d'une partie dudit gaz non liquéfié provenant desdits troisièmes moyens de détente audit gaz à l'état gazeux comprimé.According to a preferred feature of the invention, said cooling means comprise means for transferring heat from a portion of said non-liquefied gas from said third expansion means to said gas in the compressed gaseous state.
Il est ainsi possible de refroidir simplement mais efficacement le gaz comprimé en utilisant la partie non liquéfiée du gaz détendu avant de le détendre. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens d'alimentation en ledit gaz liquéfié comprennent des moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié.It is thus possible to simply but effectively cool the compressed gas by using the non-liquefied portion of the expanded gas before releasing it. According to a preferred feature of the invention, said means for supplying said liquefied gas comprise means for heating said liquefied gas.
Ceci permet de mettre le circuit sous pression et d'améliorer le rendement des détentes. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage comprennent des deuxièmes moyens de compression, des moyens d'alimentation en air desdits deuxièmes moyens de compression, et des moyens de transfert de chaleur de l'air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression audit gaz liquéfié. Il est ainsi possible de préchauffer le gaz liquide en exploitant la compression mise en oeuvre ce qui permet de diminuer les besoins en source de chaleur autre.This makes it possible to put the circuit under pressure and to improve the yield of the detents. According to a preferred feature of the invention, said reheating means comprise second compression means, means for supplying air to said second compression means, and means for transferring heat from the compressed air from said fourth means of compression. compression of liquefied gas audit. It is thus possible to preheat the liquid gas by exploiting the compression implemented which reduces the need for other heat source.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits quatrièmes moyens de compression en mode moteur comprennent lesdits quatrièmes moyens de détente en mode générateur, et inversement. Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens d'alimentation desdits deuxièmes moyens de détente en air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression. Dans ce cas, un système selon l'invention comprend préférentiellement des moyens de transfert de chaleur entre ledit air et ledit air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression. Il est ainsi possible de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air comprimé à froid dans les quatrièmes moyens de compression et puis expansé par l'air ambiant.According to a preferred feature of the invention, said fourth compression means in motor mode comprise said fourth expansion means in generator mode, and vice versa. The system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode. The system according to the invention is thus compact and economical. According to a preferred feature, a system according to the invention comprises means for supplying said second compressed air expansion means from said fourth compression means. In this case, a system according to the invention preferably comprises means for transferring heat between said air and said compressed air from said fourth compression means. It is thus possible to recover about 10% of additional mechanical energy by the expansion of the cold compressed air in the fourth compression means and then expanded by the ambient air.
Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de transfert de chaleur entre ledit air et ledit air comprimé provenant desdits quatrièmes moyens de compression en mode moteur comprennent lesdits moyens de refroidissement d'au moins une partie dudit gaz à l'état gazeux comprimé en mode générateur, et inversement.According to a preferred feature of the invention, said means for transferring heat between said air and said compressed air from said fourth engine mode compression means comprise said means for cooling at least a portion of said gas in the compressed gaseous state in generator mode, and vice versa.
Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié à l'intérieur desdits premiers et/ou deuxièmes moyens de détente. Il est ainsi possible de réaliser des détentes sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de rafraichissement dudit gaz à l'état gazeux à l'intérieur desdits premiers moyens de compression. Il est ainsi possible de réaliser des compressions sensiblement isothermes ce qui permet d'améliorer le rendement. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention, lesdits moyens de réchauffage dudit gaz liquéfié à l'intérieur desdits premiers et/ou deuxièmes moyens de détente en mode générateur comprennent lesdits moyens de rafraichissement dudit gaz à l'état gazeux à l'intérieur desdits premiers moyens de compression. Le système selon l'invention comprend donc des éléments qui assurent une fonction dans un mode puis une autre fonction dans l'autre mode. Le système selon l'invention est ainsi compact et économique.The system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode. The system according to the invention is thus compact and economical. According to a preferred feature, a system according to the invention comprises means for heating said liquefied gas inside said first and / or second expansion means. It is thus possible to achieve substantially isothermal detents which improves the efficiency. According to a preferred feature, a system according to the invention comprises means for refreshing said gas in the gaseous state inside said first compression means. It is thus possible to perform substantially isothermal compressions which improves the efficiency. According to a preferred feature of the invention, said means for heating said liquefied gas inside said first and / or second generator mode expansion means comprise said cooling means of said gaseous gas within said first compression means. The system according to the invention therefore comprises elements that provide a function in one mode and then another function in the other mode. The system according to the invention is thus compact and economical.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend une première et une deuxième chambre, une sortie liée à des moyens d'entrainement montés mobiles à l'intérieur desdites chambres en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entrainement engendre un entrainement en mouvement de ladite sortie et inversement, lesdits premiers et deuxièmes moyens de détente dans ledit mode moteur comprenant respectivement lesdites première et deuxième chambres, et lesdits premiers moyens de compression et troisième moyens de détente dans ledit mode générateur comprenant respectivement lesdites deuxième et première chambres.According to a preferred feature, a system according to the invention comprises a first and a second chamber, an output linked to drive means mounted movably inside said chambers so that a displacement of said drive means generates a drive in movement of said output and vice versa, said first and second expansion means in said motor mode respectively comprising said first and second chambers, and said first compression means and third expansion means in said generator mode respectively comprising said second and first chambers.
Les moyens de détente et de compression comprennent ainsi des chambres constituant des cylindres dans lesquelles sont montés mobiles des moyens d'entrainement comme des pistons liés à une sortie, par exemple un arbre moteur, par exemple au moyen de bielles et d'un vilebrequin. La sortie pourrait par exemple être constituée de bobines d'un moteur électrique linéaire qui seraient entrainées par les pistons. Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend une troisième chambre à l'intérieur de laquelle sont montés mobiles des moyens d'entrainement liés à ladite sortie en sorte qu'un déplacement desdits moyens d'entrainement engendre un entrainement en mouvement de ladite sortie et inversement, lesdits quatrièmes moyens de détente dans ledit mode moteur comprenant ladite troisième chambre, et lesdits deuxièmes moyens de compression dans ledit mode générateur comprenant ladite troisième chambre, lesdites deuxième et troisième chambres étant délimitées par une unique enceinte et les moyens d'entrainement logés à l'intérieur de celle-ci.The expansion and compression means thus comprise chambers constituting cylinders in which are mounted movable drive means such as pistons linked to an outlet, for example a drive shaft, for example by means of connecting rods and a crankshaft. The output could for example be constituted by coils of a linear electric motor that would be driven by the pistons. According to a preferred feature, a system according to the invention comprises a third chamber inside which are mounted movable drive means connected to said output so that a displacement of said drive means causes a drive in motion of said output and vice versa, said fourth expansion means in said motor mode comprising said third chamber, and said second compression means in said generator mode comprising said third chamber, said second and third chambers being delimited by a single enclosure and the means for training housed inside it.
Les moyens d'entrainement logés dans l'unique enceinte constituent donc un système à double effet dont la mise en oeuvre conduit à ce que l'effort pour assurer une compression d'un côté des moyens d'entrainement dans l'une des chambres est dans certains cas produit par la détente d'un gaz de l'autre côté des moyens d' entrainement dans l'autre chambre. Ceci permet de réduire les frottements et les efforts.The drive means housed in the single enclosure therefore constitute a double-acting system whose implementation leads to the effort to ensure compression of one side of the drive means in one of the chambers. in some cases produced by the expansion of a gas on the other side of the drive means in the other chamber. This reduces friction and effort.
Selon une caractéristique préférentielle, un système selon l'invention comprend des moyens de production d'électricité susceptibles d'être entrainés par lesdits moyens de production d'énergie mécanique. L'énergie mécanique produite par le système peut être ainsi utilisée pour produire de l'électricité. L'invention concerne également un véhicule à moteur comprenant un système selon l'une quelconque des variantes décrites plus haut. Un système selon l'invention peut ainsi être mis en oeuvre pour mouvoir un véhicule. 5. Liste des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de modes de réalisation préférentiels, donnés à titre de simples exemples illustratifs et non limitatifs, et des dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 illustre un système mécanique selon l'invention à deux cylindres pour produire de l'azote liquide à partir d'énergie mécanique ; - la figure 2 illustre le système mécanique de la figure 1 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'azote liquide ; - la figure 3 illustre le système mécanique de la figure 1 pour récupérer de l'énergie de freinage ; - la figure 4 illustre un système mécanique selon l'invention à trois cylindres pour produire de l'azote liquide à partir d'une source chaude ; - la figure 5 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'azote liquide à partir d'énergie mécanique ; - la figure 6 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'azote liquide ; - la figure 7 illustre le système mécanique de la figure 4 pour produire de l'énergie mécanique à partir d'une source chaude ; - les figures 8 à 10 illustrent un dispositif de modification de la cylindrée pouvant être mis en oeuvre pour faire varier la cylindrée d'au moins une des chambres d'un système selon l'invention. 6. Description de modes de réalisation de l'invention 6.1. Rappel du principe général de l'invention Le principe général de l'invention repose sur la mise en oeuvre d'un système mécanique pouvant, selon deux modes de fonctionnement alternatifs : - produire un gaz liquéfié à partir d'énergie mécanique, et - produire de l'énergie mécanique à partir du gaz liquéfié précédemment produit. La technique selon l'invention propose donc une technique pour produire, avec un unique système réversible, de l'énergie mécanique ou produire la source d'énergie nécessaire à la production de l'énergie mécanique. 6.2. Exemple d'un premier mode de réalisation de l'invention 6.2.1. Architecture à deux chambres On présente, en relation avec les figures 1 à 3, un premier mode de réalisation d'un système mécanique selon l'invention.According to a preferred feature, a system according to the invention comprises means for generating electricity capable of being driven by said means for producing mechanical energy. The mechanical energy produced by the system can thus be used to produce electricity. The invention also relates to a motor vehicle comprising a system according to any one of the variants described above. A system according to the invention can thus be used to move a vehicle. 5. List of Figures Other features and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of preferred embodiments, given as simple illustrative and non-limiting examples, and the appended drawings, among which: FIG. 1 illustrates a mechanical system according to the invention with two cylinders for producing liquid nitrogen from mechanical energy; FIG. 2 illustrates the mechanical system of FIG. 1 for producing mechanical energy from liquid nitrogen; FIG. 3 illustrates the mechanical system of FIG. 1 for recovering braking energy; FIG. 4 illustrates a mechanical system according to the invention with three cylinders for producing liquid nitrogen from a hot source; FIG. 5 illustrates the mechanical system of FIG. 4 for producing liquid nitrogen from mechanical energy; FIG. 6 illustrates the mechanical system of FIG. 4 for producing mechanical energy from liquid nitrogen; FIG. 7 illustrates the mechanical system of FIG. 4 for producing mechanical energy from a hot source; FIGS. 8 to 10 illustrate a device for modifying the displacement that can be used to vary the displacement of at least one of the chambers of a system according to the invention. 6. Description of embodiments of the invention 6.1. Recall of the general principle of the invention The general principle of the invention is based on the implementation of a mechanical system that can, according to two alternative modes of operation: - produce a liquefied gas from mechanical energy, and - produce mechanical energy from the liquefied gas previously produced. The technique according to the invention therefore proposes a technique for producing, with a single reversible system, mechanical energy or producing the source of energy necessary for the production of mechanical energy. 6.2. Example of a first embodiment of the invention 6.2.1. Two-chamber architecture In relation to FIGS. 1 to 3, a first embodiment of a mechanical system according to the invention is presented.
Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une première chambre 1 et une deuxième chambre 2. Les chambres sont également appelées cylindres. Les première 1 et deuxième 2 chambres logent chacune un piston 3, 4. Chaque piston 3, 4 est relié au moyen d'une liaison pivot à la tête d'une bielle 5, 6. Le pied de chaque bielle 5, 6 est relié au moyen d'une liaison pivot à un vilebrequin 7 solidaire d'un arbre moteur 8. Les pistons 3, 4 sont montés mobiles en translation à l'intérieur de leur chambre 1, 2 respective en sorte qu'un déplacement des pistons 3, 4 à l'intérieur des chambres 1, 2 engendre un entrainement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d' entrainement. Inversement, un entrainement en mouvement de l'arbre moteur engendre un déplacement des pistons 3, 4 dans leur chambre 1, 2 respective. Dans ce mode de réalisation, le mouvement de l'arbre moteur est rotatif. Ainsi, un déplacement linéaire des pistons 3, 4 engendre une mise en rotation de l'arbre moteur 8, et une mise en rotation de l'arbre moteur 8 engendre un déplacement linéaire des pistons.As shown in these figures, such a system comprises a first chamber 1 and a second chamber 2. The chambers are also called cylinders. The first 1 and second 2 chambers each house a piston 3, 4. Each piston 3, 4 is connected by means of a pivot connection to the head of a connecting rod 5, 6. The foot of each connecting rod 5, 6 is connected by means of a pivot connection to a crankshaft 7 integral with a driving shaft 8. The pistons 3, 4 are mounted movable in translation inside their respective chamber 1, 2 so that a displacement of the pistons 3, 4 inside the chambers 1, 2 generates a drive in motion of the crankshaft and the motor shaft. The pistons are therefore training means. Conversely, a drive in motion of the motor shaft causes a displacement of the pistons 3, 4 in their respective chamber 1, 2. In this embodiment, the movement of the motor shaft is rotatable. Thus, a linear displacement of the pistons 3, 4 causes a rotation of the motor shaft 8, and a rotation of the motor shaft 8 causes a linear displacement of the pistons.
Dans ce mode de réalisation, le système mécanique comprend un ensemble bicylindres opposés à plat. Il pourra toutefois comprendre plus de deux cylindres. Les cylindres pourront être disposés autrement qu'à plat, par exemple en V, en ligne ou autre. L'ensemble à cylindre est de type alternatif, c'est-à-dire qu'un mouvement linéaire alternatif des pistons engendre un mouvement rotatif de l'arbre moteur et inversement. Alternativement, un mouvement de rotation des pistons pourra engendrer un mouvement rotatif de l'arbre moteur. L'ensemble bielle-vilebrequin pourra ne pas être mis en oeuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entrainés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entrainer celui-ci ou plus précisément les bobines de celui-ci. Ils pourront encore être reliés à une pompe à eau ou à huile à piston hydraulique réversible en moteur, montée en ligne avec le système. Les pistons pourraient alors entrainer la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entrainer les pistons.In this embodiment, the mechanical system comprises a pair of flat opposed bi-cylinders. It may, however, include more than two cylinders. The cylinders may be arranged otherwise than flat, for example V, line or other. The cylinder assembly is of reciprocating type, that is to say that a reciprocating linear movement of the pistons causes a rotary movement of the motor shaft and vice versa. Alternatively, a rotational movement of the pistons may cause a rotary movement of the motor shaft. The connecting rod-crankshaft may not be implemented. In this case, the pistons may for example be driven by an alternating linear electric motor or alternatively drive it or more precisely the coils thereof. They can still be connected to a water pump or reversible hydraulic piston oil engine, mounted in line with the system. The pistons could then drive the hydraulic pump and alternatively the hydraulic pump could drive the pistons.
Chaque chambre 1, 2 est refermée par une culasse 9, 10. Chaque culasse 9, 10 est traversée par au moins deux orifices 23, 24, 25, 26, chaque orifice logeant une soupape 11, 12, 13, 14 mobile entre une position d'obturation de l'orifice correspondant et une position d'ouverture de l'orifice correspondant. Le système comprend des moyens de pilotage du déplacement des soupapes de l'une à l'autre de leurs positions. Ces moyens pourront par exemple comprendre des arbres à cames ou des moyens de pilotage électronique. Le système mécanique comprend des moyens de réchauffage ou de refroidissement du contenu des première et deuxième chambres. Ces moyens comprennent des moyens d'injection comme des injecteurs 15, 16 d'un fluide comme par exemple de l'eau à l'intérieur des chambres. Ils comprennent également des moyens de chauffage 17 et de refroidissement 18 du fluide. Le système comprend des moyens de stockage 19 d'un gaz liquéfié, comme un réservoir. Dans ce mode de réalisation, il s'agit d'azote liquide. Il comprend également des moyens de réchauffage de l'azote liquide comme un échangeur de chaleur 21. Le réservoir 19 et l'échangeur de chaleur 21 sont reliés par une canalisation 35 sur laquelle sont placés des moyens de transfert de l'azote liquide, comme une pompe 20 . Un réservoir tampon pourrait être placé entre la pompe 20 et l'échangeur 21. Il comprend encore d'autres moyens de chauffage comme un échangeur 22.Each chamber 1, 2 is closed by a yoke 9, 10. Each yoke 9, 10 is traversed by at least two orifices 23, 24, 25, 26, each orifice housing a valve 11, 12, 13, 14 movable between a position shutter of the corresponding orifice and an open position of the corresponding orifice. The system comprises means for controlling the displacement of the valves from one to the other of their positions. These means may for example include camshafts or electronic control means. The mechanical system comprises means for reheating or cooling the contents of the first and second chambers. These means comprise injection means such as injectors 15, 16 of a fluid such as water inside the chambers. They also include means 17 for heating and cooling 18 of the fluid. The system comprises means 19 for storing a liquefied gas, such as a tank. In this embodiment, it is liquid nitrogen. It also comprises means for heating the liquid nitrogen as a heat exchanger 21. The reservoir 19 and the heat exchanger 21 are connected by a pipe 35 on which are placed liquid nitrogen transfer means, as a pump 20. A buffer tank could be placed between the pump 20 and the exchanger 21. It also comprises other heating means such as an exchanger 22.
Le système comprend une pluralité de canalisations permettant la circulation des fluides. Ces canalisations seront décrites en relation avec la description du fonctionnement du système selon l'invention. Les matériaux des différents composant, et en particulier ceux des pistons et chambres, seront bien évidemment choisis pour résister aux contraintes mécaniques, de pression et de température auxquels ils seront soumis. 6.2.2. Fonctionnement Le système mécanique selon l'invention peut fonctionner selon deux modes : un mode dit générateur pour produire de l'azote liquéfié, et - un mode dit moteur pour produire de l'énergie mécanique à partir de l'azote liquide préalablement produit. A. Mode générateur Pour fonctionner en mode générateur (cf. figure 1), le système selon l'invention comprend des moyens de fourniture d'une énergie mécanique à son arbre moteur. Dans ce mode de réalisation, ces moyens de fourniture comprennent par exemple un moteur électrique ou autre relié à l'arbre moteur 8. Le moteur électrique permet de transmettre à l'arbre moteur 8 de l'énergie mécanique en sorte que celui-ci est entrainé en rotation autour de son axe. Le vilebrequin 7 entraine alors en translation alternative les pistons 3 et 4 dans leur chambres 1, 2 respectives. Le piston 4 se trouve initialement à son point mort haut dans lequel il se trouve à proximité de sa culasse 10. La soupape 14 est fermée alors que la soupape 13 est ouverte. L'orifice 25 est relié à des canalisations d'admission d'azote à l'état gazeux neuf 27 et d'azote à l'état gazeux 28 provenant de l'échangeur 22. Le piston 4 est déplacé selon la flèche A vers son point mort bas ce qui induit une admission dans la chambre 2 d'un mélange d'azote à l'état gazeux neuf, à une pression d'environ 1 bar et à une température d'environ 20°C, et d'azote à l'état gazeux 28 provenant de l'échangeur 22. La pression de l'azote gazeux neuf admis dans la chambre 2 sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar (cette pression est équivalente à la pression dans la canalisation 28) et sa température préférentiellement comprise entre -40°C et 40°C. La soupape 13 se ferme. Le piston 4 est ensuite déplacé selon la flèche B vers son point mort haut. L'azote à l'état gazeux contenu dans la chambre 2 est alors comprimé. La soupape 14 est ensuite ouverte en sorte que de l'azote à l'état gazeux comprimé à environ 5 bars et à 20°C est acheminé via une canalisation 29 à l'intérieur de l'échangeur 22. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar. Cette température, dont la valeur dépend du fluide de refroidissement, sera préférentiellement comprise entre -40°C et 40°C. L'azote à l'état gazeux comprimé et l'azote gazeux non liquéfié échangent des calories à l'intérieur de cet échangeur 22 en sorte que l'azote gazeux comprimé est refroidi. L'azote à l'état gazeux sort de l'échangeur 22 à environ -170°, cette température pouvant préférentiellement être comprise entre -50 et -200°, puis est acheminé via une canalisation 30 et l'orifice 23 à l'intérieur de la chambre 1. La soupape 11 est ouverte et la soupape 12 est fermée. Le piston 3 se trouve à son point mort haut dans lequel il est à proximité de sa culasse 9. L'azote gazeux comprimé pénètre dans la chambre 1. Lorsque la quantité d'azote à l'intérieur de la chambre 1 est suffisante, la soupape 11 se ferme pendant la descente du piston. L'azote gazeux se détend et se refroidit dans la chambre 1 à l'intérieur de laquelle il se liquéfie en partie alors que le piston se déplace selon la flèche A vers son point mort bas. La soupape 12 s'ouvre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche B vers son point mort haut. Un mélange d'azote liquide et d'azote gazeux non liquéfié à environ -195°C et 1 bar est ainsi extrait de la chambre 1. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 1 et 40 bar, et cette température sera égale à la température de vaporisation du fluide correspondante. Elle sera par exemple égale à -195°C lorsque la pression de l'azote sera égale à 1 bar. Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'azote liquide de l'azote gazeux à la sortie de la chambre 1. L'azote liquide à -195°C et 1 bar est acheminé dans le réservoir 19 par une canalisation 31. L'azote gazeux non liquéfié à -195°C et 1 bar est introduit dans l'échangeur 22 via une canalisation 32 pour refroidir l'azote à l'état gazeux comprimé provenant de la chambre 2. L'azote gazeux réchauffé provenant de l'échangeur 22 est introduit dans la chambre 2 via la canalisation 28. Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'eau chaude de l'azote gazeux comprimé à la sortie de la chambre 2. Cette eau est envoyée via une canalisation 33 dans l'échangeur 18. L'air ambiant, dont la température est préférentiellement comprise entre 0 et 20°C, et l'eau échangent des calories à l'intérieur de l'échangeur 18 en sorte que l'eau y est refroidie à une température préférentiellement comprise entre 0 et 25°. Cette eau est ensuite injectée au moyen d'une pompe 34 et de l'injecteur 15 dans la chambre 2 lors de la compression. La compression est ainsi sensiblement isotherme ce qui améliore le rendement. Ce refroidissement lors de la compression est optionnel. L'eau chaude provenant de la compression à l'intérieur de la chambre 2 pourra alternativement ou complémentairement être récupérée pour un autre usage. Elle pourra par exemple alimenter le plancher chauffant d'un bâtiment comme un logement d'habitation pour assurer le chauffage de celui-ci. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque l'on produit de l'azote liquide pour un véhicule durant la nuit avec l'énergie électrique du réseau par exemple. Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'azote liquide et le stocker. Le système selon l'invention est donc un système de production et de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence de l'azote liquide. Les valeurs de température et de pression sont mentionnées à titre illustratif. Il est possible d'augmenter la pression du cycle afin d'augmenter la production du système. Une pression plus importante dans le cycle augmente la masse d'azote comprimé. A titre d'exemple, plutôt que d'admettre de l'azote à 1 bar dans la chambre 2, il est possible d'admettre de l'azote à 5 bar qui y est comprimé à 25 bar puis détendu à 5 bar dans la chambre 1 avant de retourner dans la chambre 2 la portion non liquéfiée. La quantité d'énergie consommée est alors cinq fois plus importante pour produire cinq fois plus d'azote liquide. L'intérêt est de réduire l'encombrement du système tout en diminuant les pertes thermiques. Il est possible de récupérer de l'azote gazeux à -195°C qui s'échapperait du réservoir par évaporation pour le réintroduire dans l'échangeur 22 avec l'azote gazeux non liquéfié provenant de la chambre 1 pour refroidir l'azote comprimé provenant de la chambre 2.The system includes a plurality of conduits for circulating fluids. These pipes will be described in connection with the description of the operation of the system according to the invention. The materials of the various components, and in particular those of the pistons and chambers, will obviously be chosen to withstand the mechanical, pressure and temperature constraints to which they will be subjected. 6.2.2. Operation The mechanical system according to the invention can operate in two modes: a so-called generator mode for producing liquefied nitrogen, and a so-called engine mode for producing mechanical energy from the previously produced liquid nitrogen. A. Generator Mode In order to operate in generator mode (see FIG. 1), the system according to the invention comprises means for supplying mechanical energy to its drive shaft. In this embodiment, these supply means comprise, for example, an electric motor or the like connected to the motor shaft 8. The electric motor makes it possible to transmit mechanical energy to the motor shaft 8 so that it is rotated around its axis. The crankshaft 7 then drives in alternate translation the pistons 3 and 4 in their respective chambers 1, 2. The piston 4 is initially at its top dead center in which it is close to its cylinder head 10. The valve 14 is closed while the valve 13 is open. The orifice 25 is connected to nitrogen intake pipes in the new gaseous state 27 and gaseous nitrogen 28 coming from the exchanger 22. The piston 4 is moved according to the arrow A towards its low dead point which induces admission into the chamber 2 of a mixture of nitrogen in the new gaseous state, at a pressure of about 1 bar and at a temperature of about 20 ° C, and from nitrogen to the gaseous state 28 coming from the exchanger 22. The pressure of the new nitrogen gas admitted into the chamber 2 will preferably be between 1 and 40 bar (this pressure is equivalent to the pressure in the pipe 28) and its temperature preferably between -40 ° C and 40 ° C. Valve 13 closes. The piston 4 is then moved along the arrow B towards its top dead center. The nitrogen in the gaseous state contained in the chamber 2 is then compressed. The valve 14 is then opened so that nitrogen in the gaseous state compressed at about 5 bar and at 20 ° C. is conveyed via a pipe 29 inside the exchanger 22. This pressure will preferably be between 1 and 40 bar. This temperature, the value of which depends on the cooling fluid, will preferably be between -40 ° C. and 40 ° C. Nitrogen in the compressed gaseous state and the non-liquefied nitrogen gas exchange heat inside this exchanger 22 so that the compressed nitrogen gas is cooled. Nitrogen in the gaseous state leaves the exchanger 22 at about -170 °, this temperature may preferably be between -50 and -200 °, then is conveyed via a pipe 30 and the orifice 23 inside. of the chamber 1. The valve 11 is open and the valve 12 is closed. The piston 3 is at its top dead center in which it is close to its cylinder head 9. The compressed nitrogen gas enters the chamber 1. When the amount of nitrogen inside the chamber 1 is sufficient, the valve 11 closes during the descent of the piston. Nitrogen gas relaxes and cools in chamber 1 inside which it partially liquefies while the piston moves along arrow A to its bottom dead point. The valve 12 opens while the piston 3 moves along the arrow B to its top dead center. A mixture of liquid nitrogen and non-liquefied nitrogen gas at approximately -195 ° C. and 1 bar is thus extracted from the chamber 1. This pressure will preferably be between 1 and 40 bar, and this temperature will be equal to the temperature of vaporization of the corresponding fluid. For example, it will be equal to -195 ° C. when the pressure of the nitrogen is equal to 1 bar. A phase separator (not shown) separates the liquid nitrogen from the nitrogen gas at the outlet of the chamber 1. The liquid nitrogen at -195 ° C. and 1 bar is conveyed into the reservoir 19 via a pipe 31 The non-liquefied nitrogen gas at -195 ° C. and 1 bar is introduced into the exchanger 22 via a line 32 for cooling the nitrogen in the gaseous state compressed from the chamber 2. The heated nitrogen gas from the exchanger 22 is introduced into the chamber 2 via the pipe 28. A phase separator (not shown) separates the hot water from the nitrogen gas compressed at the outlet of the chamber 2. This water is sent via a pipe 33 in the exchanger 18. The ambient air, whose temperature is preferably between 0 and 20 ° C, and the water exchange calories inside the exchanger 18 so that the water is there cooled to a temperature preferably between 0 and 25 °. This water is then injected by means of a pump 34 and the injector 15 into the chamber 2 during compression. The compression is thus substantially isothermal which improves the efficiency. This cooling during compression is optional. The hot water coming from the compression inside the chamber 2 may alternatively or additionally be recovered for another use. It may for example supply the heating floor of a building as a dwelling unit to provide heating thereof. This may for example be the case when one produces liquid nitrogen for a vehicle during the night with the electrical energy of the network for example. The cycles inside the chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce liquid nitrogen and store it. The system according to the invention is therefore a system for producing and storing renewable energy, in this case liquid nitrogen. The values of temperature and pressure are mentioned for illustrative purposes. It is possible to increase the cycle pressure to increase the production of the system. Greater pressure in the cycle increases the mass of compressed nitrogen. By way of example, rather than admitting nitrogen at 1 bar in chamber 2, it is possible to admit nitrogen at 5 bar which is compressed at 25 bar and then expanded to 5 bar in the room. room 1 before returning to room 2 the non-liquefied portion. The amount of energy consumed is then five times greater to produce five times more liquid nitrogen. The interest is to reduce the size of the system while reducing heat losses. It is possible to recover nitrogen gas at -195 ° C which would escape from the reservoir by evaporation to reintroduce it into exchanger 22 with the non-liquefied nitrogen gas from chamber 1 to cool the compressed nitrogen from from bedroom 2.
Dans ce cas, l'azote gazeux à -195°C qui s'échappe du réservoir par évaporation pourra être stocké dans un réservoir d'azote légèrement pressurisé. Lorsque le réservoir pressurisé contient suffisamment d'azote gazeux sous pression, l'azote gazeux sous pression est réintroduit dans le cycle entre l'échangeur 22 et la chambre 1 afin d'être liquéfié de nouveau. Lorsque la pression du réservoir est nulle, sa réintroduction dans le système est arrêtée. Ceci permet de mettre en oeuvre le système selon un fonctionnement discontinu avec des plages de production appropriées qui peuvent limiter les pertes thermiques. B. Mode moteur Pour fonctionner en mode moteur (cf figure 2), de l'azote liquide préférentiellement à -195°C et à 1 bar, (la pression et la température dans le réservoir pouvant toutefois être plus élevée), est extrait du réservoir 19 puis transféré au moyen de la pompe 20 et via une canalisation 35 dans l'échangeur 21 dans lequel il est réchauffé à 20 °C, c'est-à-dire approximativement à la température de l'air ambiant, et ainsi vaporisé. Sous l'effet du chauffage, la pression de l'azote monte à 200 bar, ce qui permet de mettre le circuit sous pression au démarrage du système., La pression est ensuite maintenue constante par le transfert de l'azote liquide depuis le réservoir dans le circuit au fur et à mesure que celui-ci est admis dans la chambre 1. L'azote à 20°C et 200 bar est ensuite acheminé à l'intérieur de la chambre 1 via une canalisation 36 qui débouche dans l'orifice 23. Cette pression sera préférentiellement comprise entre 100 et 700 bars. L'azote pourra être réchauffé jusqu'à entre 100°C et 300°C voir 500°C sous réserve que les matériaux dont est constituée la chambre soient convenablement choisis. Une température de 20°C sera toutefois suffisante. Le piston 3 se trouve à son point mort haut. La soupape 12 est fermée et la soupape 11 s'ouvre. L'azote entre dans la chambre 1. La soupape 11 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 1 alors que le piston se déplace selon la flèche A, puis l'azote s'y détend en partie jusqu'à une pression d'environ 10 à 30 bars. Le piston 1 est alors déplacé selon la flèche A vers son point mort bas. L'arbre moteur 8 est alors entrainé en rotation. La soupape 12 s'ouvre. Le piston se déplace selon la flèche B vers son point mort haut évacuant l'azote en partie détendu de la chambre 1. Celui-ci circule dans une canalisation 37 reliée à l'orifice 25. Le piston 4 se trouve à son point mort haut et les soupapes 13 et 14 sont fermées. La soupape 13 s'ouvre de sorte que de l'azote en partie détendu s'introduise dans la chambre 2. La soupape 13 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 2 alors que le piston se déplace selon la flèche A. L'azote se détend ensuite une deuxième fois dans la chambre 2. Le piston 4 se déplace alors selon la flèche A vers son point mort bas en entrainant l'arbre moteur en rotation. La soupape 14 s'ouvre. Le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort haut laissant s'échapper l'azote dans l'air ambiant. Des séparateurs de phases (non représentés) permettent de séparer l'eau froide de l'azote à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 17. L'eau chaude et un fluide chaud, préférentiellement entre 0 et 250°C, comme par exemple de l'air, échangent des calories en sorte que l'eau est réchauffée préférentiellement entre 0 et 150°C avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'azote s'y détend. Les détentes sont ainsi sensiblement isothermes ce qui améliore le rendement. Ce réchauffement lors des détentes est optionnel.In this case, the nitrogen gas at -195 ° C which escapes from the evaporation tank can be stored in a slightly pressurized nitrogen tank. When the pressurized reservoir contains sufficient pressurized nitrogen gas, pressurized nitrogen gas is reintroduced into the cycle between exchanger 22 and chamber 1 to be re-liquefied. When the reservoir pressure is zero, its reintroduction into the system is stopped. This makes it possible to implement the system according to a discontinuous operation with appropriate production ranges that can limit heat losses. B. Engine mode To operate in engine mode (see Figure 2), liquid nitrogen preferably at -195 ° C and 1 bar, (the pressure and the temperature in the tank may however be higher), is extracted from reservoir 19 and then transferred by means of the pump 20 and via a pipe 35 into the exchanger 21 in which it is heated to 20 ° C, that is to say approximately to the ambient air temperature, and thus vaporized . Under the effect of heating, the pressure of the nitrogen rises to 200 bar, which allows to put the circuit under pressure at the start of the system., The pressure is then kept constant by the transfer of the liquid nitrogen from the reservoir in the circuit as it is admitted into the chamber 1. The nitrogen at 20 ° C and 200 bar is then conveyed inside the chamber 1 via a pipe 36 which opens into the orifice 23. This pressure will preferably be between 100 and 700 bar. The nitrogen may be reheated to between 100 ° C and 300 ° C or 500 ° C provided that the materials of which the chamber is made are suitably selected. A temperature of 20 ° C will however be sufficient. The piston 3 is at its top dead center. The valve 12 is closed and the valve 11 opens. The nitrogen enters the chamber 1. The valve 11 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 1 while the piston moves along the arrow A, then the nitrogen expands in part until at a pressure of about 10 to 30 bar. The piston 1 is then moved along the arrow A to its bottom dead point. The drive shaft 8 is then rotated. Valve 12 opens. The piston moves according to the arrow B to its top dead center discharging the nitrogen partially expanded chamber 1. It flows in a pipe 37 connected to the orifice 25. The piston 4 is at its top dead center and the valves 13 and 14 are closed. The valve 13 opens so that partially expanded nitrogen is introduced into the chamber 2. The valve 13 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 2 while the piston moves according to arrow A. The nitrogen then relaxes a second time in the chamber 2. The piston 4 then moves along the arrow A to its bottom dead point by driving the motor shaft in rotation. The valve 14 opens. The piston 4 moves in the direction of arrow B towards its top dead center, allowing the nitrogen to escape into the ambient air. Phase separators (not shown) make it possible to separate the cold water from the nitrogen at the outlet of the chambers 1 and 2. This water is sent via lines 38, 39 into the exchanger 17. The hot water and a hot fluid, preferably between 0 and 250 ° C, such as for example air, exchange calories so that the water is warmed preferentially between 0 and 150 ° C before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 in the chambers 1, 2 when the nitrogen expands. The detents are thus substantially isothermal which improves the efficiency. This warming during relaxation is optional.
Dans des variantes, l'azote liquide peut être envoyé directement dans la chambre 1 par un injecteur et une pompe haute pression par exemple comme le gazole est injecté dans les moteurs diesel. Ceci permet d'éviter la mise en oeuvre de l'échangeur 21 pour réchauffer l'azote, l'azote liquide se trouvant alors vaporisé au contact de l'eau de chauffage injectée dans les chambres 1 et 2. En contre partie, la quantité d'eau qui devra être injectée dans les chambres, devra être plus importante, notamment au moment de l'injection, pour permettre à la fois de réchauffer l'azote liquide, d'engendrer son changement de phase et procurer une détente isotherme. L'azote gazeux à 20°C et 200 bar peut être porté à une température allant jusqu'à environ 500°C par une énergie thermique produite par exemple à partir d'une source d'énergie de nature fossile (par exemple au moyen d'une chaudière à fioul), avant d'entrer dans la chambre 1, puis être réchauffé de nouveau à 500°C avant d'entrer dans la chambre 2 plutôt que d'injecter de l'eau de chauffage dans les chambres. De la sorte, la température et la pression de l'azote à l'échappement, sera proche de la température ambiante. L'apport d'énergie thermique diminue la consommation d'azote liquide ce qui permet d'augmenter l'autonomie d'un véhicule dont la capacité du réservoir d'azote liquide est limitée par le manque de volume disponible. Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'énergie mécanique pouvant être récupérée au niveau de l'arbre moteur 8. 6.2.3. Exemples d'utilisations Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être installé pour motoriser un véhicule, comme une voiture. En mode moteur, le système est utilisé pour mouvoir le véhicule en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote stocké dans le réservoir. Lorsque le réservoir est vide, le système peut être alimenté en énergie mécanique, par exemple au moyen d'un moteur électrique ou autre, pour entrainer en rotation l'arbre moteur et produire de l'azote liquide afin de le stocker dans le réservoir. Le système mécanique selon l'invention est donc réversible.In variants, the liquid nitrogen can be sent directly into the chamber 1 by an injector and a high pressure pump for example as the diesel is injected into the diesel engines. This makes it possible to avoid the use of the exchanger 21 to heat the nitrogen, the liquid nitrogen being then vaporized in contact with the heating water injected into the chambers 1 and 2. In counterpart, the quantity water that will have to be injected into the chambers, must be larger, especially at the time of injection, to both heat the liquid nitrogen, to cause its phase change and provide isothermal relaxation. Nitrogen gas at 20 ° C. and 200 bar can be brought to a temperature of up to about 500 ° C. by a thermal energy produced for example from a source of fossil energy (for example by means of oil boiler), before entering room 1, and then reheated to 500 ° C before entering room 2 rather than injecting heating water into the rooms. In this way, the temperature and the pressure of the nitrogen at the exhaust, will be close to the ambient temperature. The supply of thermal energy reduces the consumption of liquid nitrogen which increases the autonomy of a vehicle whose capacity of the liquid nitrogen tank is limited by the lack of available volume. The cycles inside the chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce mechanical energy that can be recovered at the motor shaft 8. 6.2.3. Examples of uses A mechanical system according to this embodiment can for example be installed to power a vehicle, such as a car. In engine mode, the system is used to move the vehicle by exploiting the mechanical energy produced by consuming the nitrogen stored in the tank. When the tank is empty, the system can be supplied with mechanical energy, for example by means of an electric motor or the like, in order to drive the motor shaft in rotation and to produce liquid nitrogen in order to store it in the tank. The mechanical system according to the invention is therefore reversible.
Lorsque le système mécanique sera installé pour motoriser un véhicule, il pourra permettre de produire de l'air comprimé pendant les phases de freinage (cf figure 3). Pendant les phases de freinage, le véhicule entraine l'arbre moteur en rotation du fait de son inertie. Lorsque le cylindre 4 est entrainé vers son point mort bas, la soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte en sorte que de l'air ambiant à 25°C et 1 bar est admis dans la chambre 2 au travers de l'orifice 25 via une canalisation 60. Lorsque le piston 4 retourne vers son point mort haut, les soupapes 13 et 14 sont fermées en sorte que l'air contenu dans la chambre 2 est comprimé une première fois. La soupape 14 est ensuite ouverte en sorte que l'air comprimé soit acheminé dans la chambre 1 via l'orifice 26, une canalisation 61 et l'orifice 23. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut, la soupape 13 est ouverte et la soupape 14 est fermée. Le piston 3 se déplace vers son point mort bas en sorte que l'air comprimé pénètre la chambre 1. La soupape 13 se referme et le piston retourne à son point mort haut comprimant une nouvelle fois l'air se trouvant dans la chambre 1. La soupape 14 s'ouvre pour évacuer l'air ainsi comprimé à environ 200 bar dans un réservoir de stockage prévu à cet effet. Cette pression pourra monter jusqu'à 700 bars et la température de l'air s'élever jusqu'à 150°C voir 500°C, ce qui aura pour effet de réchauffer les chambres qui pourront réchauffer l'azote lors d'une phase d'accélération du moteur dans l'hypothèse où de l'eau est injectée dans les chambres. Des séparateurs de phases (non représentés) permettent de séparer l'eau chaude de l'air à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est éventuellement refroidie en échangeant des calories avec un fluide froid préférentiellement entre 0 et 20°C comme de l'air avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'air y est comprimé. Les compressions sont ainsi sensiblement isothermes ce qui réduit l'échauffement des chambres lors de long freinage. Ce rafraichissement lors des compressions est optionnel. L'air comprimé ainsi obtenu pourra être mélangé avec l'azote comprimé et réchauffé avant d'être introduit dans la chambre 1 en mode moteur.When the mechanical system will be installed to motorize a vehicle, it may allow to produce compressed air during the braking phases (see Figure 3). During the braking phases, the vehicle drives the motor shaft in rotation due to its inertia. When the cylinder 4 is driven to its bottom dead point, the valve 14 is closed and the valve 13 is opened so that ambient air at 25 ° C. and 1 bar is admitted into the chamber 2 through the orifice 25 via a pipe 60. When the piston 4 returns to its top dead center, the valves 13 and 14 are closed so that the air contained in the chamber 2 is compressed a first time. The valve 14 is then opened so that the compressed air is conveyed into the chamber 1 via the orifice 26, a pipe 61 and the orifice 23. The piston 3 is then at its top dead center, the valve 13 is open and the valve 14 is closed. The piston 3 moves towards its bottom dead point so that the compressed air enters the chamber 1. The valve 13 closes and the piston returns to its top dead center again compressing the air in the chamber 1. The valve 14 opens to evacuate the air thus compressed to about 200 bar in a storage tank provided for this purpose. This pressure can rise up to 700 bar and the air temperature rise up to 150 ° C or 500 ° C, which will heat the rooms that can heat the nitrogen during a phase acceleration of the engine in the event that water is injected into the chambers. Phase separators (not shown) make it possible to separate the hot water from the air at the outlet of the chambers 1 and 2. This water is sent via lines 38, 39 into the exchanger 18 in which it is optionally cooled in exchanging calories with a cold fluid preferentially between 0 and 20 ° C as air before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 into the chambers 1, 2 when the air is compressed therein . The compressions are thus substantially isothermal which reduces the heating of the chambers during long braking. This refresh during compressions is optional. The compressed air thus obtained may be mixed with the compressed nitrogen and heated before being introduced into the chamber 1 in engine mode.
En plus de permettre de produire de l'air comprimé stocké dans le réservoir tampon, le freinage à également pour effet de réchauffer l'eau du circuit, qui avec une température plus élevée, augmentera le rendement lors de la vaporisation et détente de l'azote comprimé avec l'eau au cours de la phase d'accélération du véhicule. Le système mécanique selon l'invention peut par exemple être utilisé pour produire de l'énergie électrique en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote liquide pour entrainer un générateur de courant avec l'arbre. Ainsi, en poste fixe, le système peut par exemple être mis en oeuvre pour produire de l'énergie électrique afin d'alimenter une maison équipée de panneaux photovoltaïques, en particulier lorsque il n'y a pas suffisamment de soleil pour assurer le fonctionnement de ceux-ci. Lorsque le rayonnement solaire sera important, l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques pourra être en partie utilisée pour alimenter un moteur électrique qui entraine l'arbre en rotation afin de produire de l'azote liquide (système fonctionnant en mode générateur). Le système permettra alors de « stocker » l'énergie électrique des panneaux photovoltaïques. Du fait de sa réversibilité, il constituera dans ce cas un moyen de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence l'énergie solaire. 6.3. Exemple d'un deuxième mode de réalisation de l'invention 6.3.1. Architecture à trois chambres On présente, en relation avec les figures 4 à 7, un deuxième mode de réalisation d'un système mécanique selon l'invention. Ainsi que cela est représenté sur ces figures, un tel système comprend une première chambre 1 et une deuxième chambre 2. Les chambres sont également appelées cylindres. Les première 1 et deuxième 2 chambres logent chacune un piston 3, 4. Chaque piston 3, 4 est relié au moyen d'une liaison pivot à la tête d'une bielle 5, 6. Le pied de chaque bielle 5, 6 est relié au moyen d'une liaison pivot à un vilebrequin 7 solidaire d'un arbre moteur 8.In addition to producing compressed air stored in the buffer tank, the braking also has the effect of heating the circuit water, which with a higher temperature, will increase the efficiency during the vaporization and expansion of the compressed nitrogen with water during the acceleration phase of the vehicle. The mechanical system according to the invention can for example be used to produce electrical energy by exploiting the mechanical energy produced by consuming the liquid nitrogen to drive a current generator with the shaft. Thus, in a fixed station, the system can for example be used to produce electrical energy to power a house equipped with photovoltaic panels, especially when there is not enough sun to ensure the operation of them. When solar radiation is important, the electricity produced by the photovoltaic panels can be partly used to power an electric motor that drives the shaft in rotation to produce liquid nitrogen (system operating in generator mode). The system will then "store" the electrical energy of the photovoltaic panels. Because of its reversibility, it will be in this case a means of storing renewable energy, in this case solar energy. 6.3. Example of a second embodiment of the invention 6.3.1. Three-Chamber Architecture In connection with FIGS. 4 to 7, a second embodiment of a mechanical system according to the invention is presented. As shown in these figures, such a system comprises a first chamber 1 and a second chamber 2. The chambers are also called cylinders. The first 1 and second 2 chambers each house a piston 3, 4. Each piston 3, 4 is connected by means of a pivot connection to the head of a connecting rod 5, 6. The foot of each connecting rod 5, 6 is connected by means of a pivot connection to a crankshaft 7 integral with a driving shaft 8.
Le système mécanique comprend en outre une troisième chambre 40. Le piston 4 est également logé dans la troisième chambre 40. Il s'agit d'un piston à double effet. Les chambres 2 et 40 sont ainsi délimitées par une unique enveloppe ainsi que par le piston 4. Le piston à double effet tire l'avantage que l'effort pour assurer une compression d'un côté du piston dans l'une des chambres est dans certains cas produit par la détente d'un gaz de l'autre côté du piston dans l'autre chambre. Ceci permet de réduire les frottements et les efforts sur le vilebrequin. Le piston ou cylindre double effet n'est toutefois pas nécessaire à la bonne marche du système. Deux cylindres simple effet contenant chacun un piston peuvent être mis en oeuvre à la place du cylindre et piston double effet. Dans ce cas, le système selon l'invention comprendra trois cylindres au total qui pourront être disposés en lignes par exemple. Les pistons 3, 4 sont montés mobiles en translation à l'intérieur de leur chambres 1, 2, 40 respectives en sorte qu'un déplacement des pistons 3, 4 à l'intérieur des chambres 1, 2, 40 engendre un entrainement en mouvement du vilebrequin et de l'arbre moteur. Les pistons sont donc des moyens d' entrainement. Inversement, un entrainement en mouvement de l'arbre moteur engendre un déplacement des pistons 3, 4 dans leur chambre 1, 2, 40 respectives. Dans ce mode de réalisation, le mouvement de l'arbre moteur est rotatif. Ainsi, un déplacement linéaire des pistons 3, 4 engendre une mise en rotation de l'arbre moteur 8, et une mise en rotation de l'arbre moteur 8 engendre un déplacement linéaire des pistons. Dans ce mode de réalisation, le système mécanique comprend un ensemble bicylindres opposés à plat étant entendu que les chambres 2 et 40 forment un unique cylindre. Il pourra toutefois comprendre plus de deux cylindres. Les cylindres pourront être disposés autrement qu'à plat, par exemple en V, en ligne ou autre. L'ensemble à cylindre est de type alternatif, c'est-à-dire qu'un mouvement linéaire alternatif des pistons engendre un mouvement rotatif de l'arbre moteur. Les pistons pourront avoir un mouvement de rotation_ engendrer un mouvement rotatif de l'arbre moteur.The mechanical system further comprises a third chamber 40. The piston 4 is also housed in the third chamber 40. It is a double-acting piston. The chambers 2 and 40 are thus delimited by a single envelope as well as by the piston 4. The double-acting piston takes advantage that the effort to ensure compression of one side of the piston in one of the chambers is in some cases produced by the expansion of a gas on the other side of the piston in the other chamber. This reduces friction and forces on the crankshaft. The piston or double acting cylinder is however not necessary for the proper functioning of the system. Two single acting cylinders each containing a piston can be implemented in place of the cylinder and double acting piston. In this case, the system according to the invention will comprise three cylinders in total which may be arranged in rows for example. The pistons 3, 4 are movably mounted in translation inside their chambers 1, 2, 40 respectively so that a displacement of the pistons 3, 4 inside the chambers 1, 2, 40 generates a drive in motion crankshaft and motor shaft. The pistons are therefore training means. Conversely, a drive in motion of the motor shaft causes a displacement of the pistons 3, 4 in their respective chamber 1, 2, 40. In this embodiment, the movement of the motor shaft is rotatable. Thus, a linear displacement of the pistons 3, 4 causes a rotation of the motor shaft 8, and a rotation of the motor shaft 8 causes a linear displacement of the pistons. In this embodiment, the mechanical system comprises a pair of opposed two-cylinder flat, it being understood that the chambers 2 and 40 form a single cylinder. It may, however, include more than two cylinders. The cylinders may be arranged otherwise than flat, for example V, line or other. The cylinder assembly is of the reciprocating type, that is to say that a reciprocating linear movement of the pistons causes a rotary movement of the motor shaft. The pistons may have a rotational movement generating a rotational movement of the motor shaft.
L'ensemble bielle-vilebrequin pourra ne pas être mis en oeuvre. Dans ce cas, les pistons pourront par exemple être entrainés par un moteur électrique linéaire alternatif ou alternativement entrainer celui-ci. Ils pourront encore être reliés à une pompe à eau ou à huile à piston hydraulique réversible en moteur, montée en ligne avec le système. Les pistons pourraient alors entrainer la pompe hydraulique et alternativement la pompe hydraulique pourraient entrainer les pistons. Chaque chambre 1, 2, 40 est refermée par une culasse 9, 10, 41. Chaque culasse 9, 10, 41 est traversée par au moins deux orifices 23, 24, 25, 26, 42, 43, chaque orifice logeant une soupape 11, 12, 13, 14, 44, 45 mobile entre une position d'obturation de l'orifice correspondant et une position d'ouverture de l'orifice correspondant. Le système comprend des moyens de pilotage du déplacement des soupapes de l'une à l'autre de leurs positions. Ces moyens pourront par exemple comprendre des arbres à cames ou des moyens de pilotage électronique. Le système mécanique comprend des moyens de réchauffage ou de refroidissement du contenu des première et deuxième chambres. Ces moyens comprennent des moyens d'injection comme des injecteurs 15, 16 d'un fluide comme de l'eau à l'intérieur des chambres. Ils comprennent également des moyens de chauffage 17 et de refroidissement 18 du fluide. Le système comprend des moyens de stockage 19 d'un gaz liquéfié, comme un réservoir. Dans ce mode de réalisation, il s'agit d'azote liquide. Il comprend également des moyens de réchauffage de l'azote liquide comme un échangeur de chaleur 21. Le réservoir 19 et l'échangeur de chaleur 21 sont reliés par une canalisation 35 sur laquelle sont placés des moyens de transfert de l'azote liquide, comme une pompe 20. Un réservoir tampon pourrait être placé entre la pompe 20 et l'échangeur 21. Il comprend encore d'autres moyens de chauffage comme un échangeur 22, un échangeur 46, et un échangeur 47, ainsi qu'une source de chaleur HT à moyenne température. Dans ce mode de réalisation, la source de chaleur comprend des moyens d'accumulation d'énergie thermique due au rayonnement solaire. Ces moyens comprennent par exemple une parabole qui permet de concentrer le rayonnement solaire sur un moyen d'accumulation de chaleur comme un accumulateur en céramique. D'autres sources de chaleur pourront être mises en oeuvre comme par exemples une chaudière à énergie fossile ou renouvelable (telle que du bois) ou des moyens de récupération de rejets thermiques industriels. Certaines activités industrielles génèrent la production de chaleur qu'il faut dissiper : cette chaleur perdue constitue des rejets thermiques industriels. Le système comprend une pluralité de canalisations permettant la circulation des fluides. Ces canalisations seront décrites en relation avec la description du fonctionnement du système selon l'invention. Les matériaux des différents composant, et en particulier ceux des pistons et chambres, seront bien évidemment choisis pour résister aux contraintes mécaniques, de pression et de température auxquels ils seront soumis. 6.3.2. Fonctionnement Le système mécanique selon l'invention peut fonctionner selon deux modes : - un mode dit générateur pour produire de l'azote liquéfié, et - un mode dit moteur pour produire de l'énergie mécanique soit à partir de l'azote liquide préalablement produit, soit à partir de chaleur. A. Mode générateur Le fonctionnement en mode moteur du système mécanique selon ce mode de réalisation est obtenu de la manière suivante (cf figure 4). Un démarreur permet d'entraîner en rotation l'arbre moteur 8 pour mettre en route le système mécanique. Le démarreur pourra par exemple être un simple réservoir d'air sous pression couplé à un système de commande à deux positions, l'une pour l'arrêt du moteur l'autre pour sa mise en route en exerçant un effort de pression sur l'un au moins des pistons.The connecting rod-crankshaft may not be implemented. In this case, the pistons may for example be driven by an alternating linear electric motor or alternatively drive it. They can still be connected to a water pump or reversible hydraulic piston oil engine, mounted in line with the system. The pistons could then drive the hydraulic pump and alternatively the hydraulic pump could drive the pistons. Each chamber 1, 2, 40 is closed by a yoke 9, 10, 41. Each yoke 9, 10, 41 is traversed by at least two orifices 23, 24, 25, 26, 42, 43, each orifice housing a valve 11 , 12, 13, 14, 44, 45 movable between a closed position of the corresponding orifice and an open position of the corresponding orifice. The system comprises means for controlling the displacement of the valves from one to the other of their positions. These means may for example include camshafts or electronic control means. The mechanical system comprises means for reheating or cooling the contents of the first and second chambers. These means comprise injection means such as injectors 15, 16 of a fluid such as water inside the chambers. They also include means 17 for heating and cooling 18 of the fluid. The system comprises means 19 for storing a liquefied gas, such as a tank. In this embodiment, it is liquid nitrogen. It also comprises means for heating the liquid nitrogen as a heat exchanger 21. The reservoir 19 and the heat exchanger 21 are connected by a pipe 35 on which are placed liquid nitrogen transfer means, as a pump 20. A buffer tank could be placed between the pump 20 and the heat exchanger 21. It also comprises other heating means such as an exchanger 22, an exchanger 46, and a heat exchanger 47, as well as a heat source HT at medium temperature. In this embodiment, the heat source comprises means for accumulating thermal energy due to solar radiation. These means comprise for example a parabola which makes it possible to concentrate the solar radiation on a heat storage means such as a ceramic accumulator. Other sources of heat may be implemented such as a fossil fuel or renewable energy boiler (such as wood) or means of recovery of industrial heat discharges. Certain industrial activities generate the production of heat that must be dissipated: this waste heat constitutes industrial heat discharges. The system includes a plurality of conduits for circulating fluids. These pipes will be described in connection with the description of the operation of the system according to the invention. The materials of the various components, and in particular those of the pistons and chambers, will obviously be chosen to withstand the mechanical, pressure and temperature constraints to which they will be subjected. 6.3.2. Operation The mechanical system according to the invention can operate in two modes: - a so-called generator mode for producing liquefied nitrogen, and - a so-called engine mode for producing mechanical energy either from the previously produced liquid nitrogen , or from heat. A. Generator Mode The motor mode operation of the mechanical system according to this embodiment is obtained in the following manner (see FIG. 4). A starter rotates the motor shaft 8 to start the mechanical system. The starter may for example be a simple pressure air tank coupled to a two-position control system, one for stopping the engine and the other for its start by exerting a pressure force on the at least one piston.
Le piston 4 se trouve initialement à proximité de la culasse 10. La soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte. Le piston est déplacé selon la flèche A du fait de la rotation de l'arbre moteur. De l'azote à l'état gazeux circulant à environ 20°C et 1 bar dans des canalisations 27, 28 est alors admis à travers l'orifice 25 dans la chambre 2. L'azote gazeux admis dans la chambre 2 pourra avoir une pression comprise entre 0 et 40 bar et une température comprise entre - 40°C et 50°C. La soupape 13 se ferme et le piston 4 est déplacé selon la flèche B. L'azote à l'état gazeux contenu dans la chambre 2 y est comprimé. La soupape 14 est ensuite ouverte pour évacuer l'azote à l'état gazeux à 20°C comprimé à 5 bar. Cette température pourra être comprise entre -40°C et 40°C, et cette pression entre 1 et 40 bars. Celui-ci est en partie acheminé, via une canalisation 48 dans l'échangeur 46 à l'intérieur duquel il est préchauffé par les gaz d'échappement provenant de la chambre 40. L'azote à l'état gazeux à 5 bar et 200°C environ est acheminé via une canalisation 49 dans l'échangeur 47 dans lequel il est réchauffé à 500°C. Cette température pourra être comprise entre 150 et 600° notamment selon la résistance des matériaux de la chambre et la source de chaleur utilisée. Dans ce mode de réalisation, l'échangeur 47 permet de transmettre à l'azote la chaleur d'un fluide réchauffé au contact de l'accumulateur de chaleur lui même réchauffé par le rayonnement solaire ou par une autre source de chaleur. L'azote à l'état gazeux à 5 bar réchauffé à 500°C est ensuite acheminé via une canalisation 50 dans la chambre 40 à travers l'orifice 43, la soupape 45 étant ouverte, la soupape 44 fermée et le piston 4 à son point mort haut à proximité de sa culasse 41. Dans le cas du piston 4 à double effet, celui-ci présente un point port haut à proximité de la culasse 10 et un point mort bas éloigné de la culasse 10 s'agissant de son rôle de piston à l'intérieur de la deuxième chambre 2. Il présente un point port haut à proximité de la culasse 41 et un point mort bas éloigné de la culasse 41 s'agissant de son rôle de piston à l'intérieur de la troisième chambre 40. L'azote gazeux pénètre dans la chambre 40. Lorsqu'une quantité suffisante d'azote a été introduite dans la chambre 40 au fur et à mesure que le piston 4 se déplace selon la flèche B, la soupape 45 se referme. L'azote se détend ensuite à l'intérieur de la chambre 40 induisant un déplacement continu du piston 4 selon la flèche B vers son point mort bas à proximité de la culasse 10. L'arbre moteur est ainsi animé en rotation. La soupape 44 s'ouvre et le piston 4 est déplacé selon la flèche A vers son point mort à proximité de la culasse 41. L'azote à 200°C et 1 bar environ est alors évacué de la chambre 40 via l'orifice 42 et acheminé dans une canalisation 51 débouchant dans l'échangeur 46. Les valeurs de cette température et cette pression dépendent des valeurs de température et de pression de l'azote lors de l'admission dans la chambre 40. Lorsque le rapport entre la pression de l'azote avant détente et après détente est égale à 5 (la valeur de ce rapport peut bien évidemment être différente de 5) et que la température de l'azote à l'admission est égale à 500°C, la température de l'azote détendu est égale à environ 200°C. Si la valeur de ce rapport de pression est plus élevée, alors la température de l'azote détendu sera plus basse. Le réchauffage de l'azote dans l'échangeur 46 est optionnel. L'azote à 200°C environ y transmet sa chaleur à l'azote comprimé provenant de la chambre 2. L'azote provenant de l'échangeur 46 est alors réintroduit dans la chambre 2 avec de l'azote neuf de façon à compenser la production d'azote liquéfié qui rejoint le réservoir dans la suite de la description. Les cycles sont ainsi synchronisés et répétés de telle sorte qu'après que le démarreur est arrêté, le système mécanique continu de tourner.The piston 4 is initially located near the cylinder head 10. The valve 14 is closed and the valve 13 is open. The piston is moved according to the arrow A due to the rotation of the motor shaft. Nitrogen in the gaseous state circulating at about 20 ° C. and 1 bar in lines 27, 28 is then admitted through the orifice 25 in the chamber 2. The nitrogen gas admitted into the chamber 2 may have a pressure between 0 and 40 bar and a temperature between - 40 ° C and 50 ° C. The valve 13 closes and the piston 4 is moved along the arrow B. The nitrogen in the gaseous state contained in the chamber 2 is compressed there. The valve 14 is then opened to evacuate the gaseous nitrogen at 20 ° C compressed to 5 bar. This temperature may be between -40 ° C and 40 ° C, and this pressure between 1 and 40 bar. This is partly conveyed via a pipe 48 in the exchanger 46 inside which it is preheated by the exhaust gases coming from the chamber 40. The nitrogen in the gaseous state at 5 bar and 200 Approximately ° C is conveyed via a pipe 49 into the exchanger 47 in which it is heated to 500 ° C. This temperature may be between 150 and 600 ° in particular depending on the resistance of the materials of the chamber and the heat source used. In this embodiment, the exchanger 47 makes it possible to transmit the heat of a heated fluid to the nitrogen in contact with the heat accumulator itself heated by solar radiation or by another heat source. The gaseous nitrogen at 5 bar heated to 500 ° C. is then conveyed via a pipe 50 into the chamber 40 through the orifice 43, the valve 45 being open, the valve 44 closed and the piston 4 at its top dead center close to its cylinder head 41. In the case of the piston 4 double effect, it has a high port point near the cylinder head 10 and a bottom dead center away from the cylinder head 10 with respect to its role piston member inside the second chamber 2. It has a high port point near the cylinder head 41 and a bottom dead center remote from the cylinder head 41 as it acts as a piston inside the third chamber 40. The nitrogen gas enters the chamber 40. When a sufficient amount of nitrogen has been introduced into the chamber 40 as the piston 4 moves along the arrow B, the valve 45 closes. The nitrogen then relaxes inside the chamber 40 inducing a continuous displacement of the piston 4 along the arrow B to its bottom dead center near the cylinder head 10. The drive shaft is thus rotated. The valve 44 opens and the piston 4 is moved according to the arrow A towards its dead position near the cylinder head 41. The nitrogen at 200 ° C. and about 1 bar is then discharged from the chamber 40 via the orifice 42. and fed into a pipe 51 opening into the exchanger 46. The values of this temperature and this pressure depend on the values of temperature and pressure of the nitrogen during admission into the chamber 40. When the ratio of the pressure of the nitrogen before expansion and after expansion is equal to 5 (the value of this ratio can of course be different from 5) and that the temperature of the nitrogen at the inlet is equal to 500 ° C, the temperature of the expanded nitrogen equals about 200 ° C. If the value of this pressure ratio is higher, then the temperature of the expanded nitrogen will be lower. The heating of the nitrogen in the exchanger 46 is optional. Nitrogen at approximately 200 ° C. transmits its heat to the compressed nitrogen coming from chamber 2. The nitrogen coming from exchanger 46 is then reintroduced into chamber 2 with new nitrogen so as to compensate the production of liquefied nitrogen that joins the reservoir in the following description. The cycles are thus synchronized and repeated so that after the starter is stopped, the mechanical system continues to rotate.
Une partie de l'azote à l'état gazeux à 20°C et à 5 bar évacué de la chambre 2 est acheminée via la canalisation 29 dans l'échangeur 22 dans lequel il est refroidi. L'azote à 5 bar et -170°C environ circule ensuite dans la canalisation 30. Cette température pourra préférentiellement être comprise entre -200°C et 50°C. Au démarrage du système, cette température sera bien évidemment plus élevée, et baissera progressivement. Une pression plus élevée à l'admission dans la chambre 2, et un rapport plus élevé entre la pression avant et après la compression dans la chambre 2, conduira à augmenter la productivité. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut dans lequel il est à proximité de sa culasse 9. La soupape 11 est ouverte et la soupape 12 est fermée. L'azote gazeux comprimé est alors introduit dans la chambre 1. Lorsqu'une quantité d'azote gazeux comprimé suffisante est entrée dans la chambre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche A, la soupape 11 se ferme. L'azote gazeux comprimé et refroidi se détend ensuite à l'intérieur de la chambre 1 où une partie se liquéfie alors que le piston se déplace selon la flèche A vers son point mort bas. Une fois le piston 3 arrivé à son point mort bas et l'azote détendu, la soupape 12 s'ouvre alors que le piston 3 se déplace selon la flèche B vers son point port haut. Le mélange d'azote gazeux non liquéfié et d'azote liquide à environ -195°C et 1 bar est alors extrait de la chambre 1. Si cette pression à l'échappement est de 1 bar, la température sera forcement égale à -195°C puisqu'il s'agit de la température de vaporisation de l'azote liquide, la vaporisation limitant la chute de température. Ces pression et température pourront toutefois avoir d'autres valeurs. Notamment, si la pression à l'échappement est plus élevée, la température sera alors en rapport plus élevée. Un séparateur de phase sépare l'azote liquide de l'azote gazeux. L'azote liquide (environ 10% de la masse total) est acheminé dans le réservoir 19 par une canalisation 31. L'azote gazeux est introduit dans l'échangeur 22 via une canalisation 32 pour refroidir l'azote à l'état gazeux comprimé provenant de la chambre 2. Un séparateur de phases (non représenté) permet de séparer l'eau chaude de l'azote comprimé à la sortie de la chambre 2. Cette eau est envoyée via une canalisation 33 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est refroidie avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et de l'injecteur 15 dans la chambre 2 lors de la compression. La compression est ainsi sensiblement isotherme ce qui améliore le rendement. Ce refroidissement lors de la compression est optionnel. L'eau chaude provenant de la compression à l'intérieur de la chambre 2 pourra alternativement ou complémentairement être récupérée pour un autre usage. Elle pourra par exemple alimenter le plancher chauffant d'un bâtiment comme un logement d'habitation pour assurer le chauffage de celui-ci. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque l'on produit de l'azote liquide pour un véhicule durant la nuit avec l'énergie électrique du réseau par exemple.Part of the gaseous nitrogen at 20 ° C and 5 bar evacuated from the chamber 2 is conveyed via the pipe 29 into the exchanger 22 in which it is cooled. The nitrogen at about 5 bar and about -170 ° C. then circulates in the pipe 30. This temperature may preferably be between -200 ° C. and 50 ° C. At the start of the system, this temperature will obviously be higher, and will gradually decrease. Higher pressure on admission to chamber 2, and a higher ratio between pressure before and after compression in chamber 2, will lead to increased productivity. The piston 3 is then at its top dead center in which it is close to its cylinder head 9. The valve 11 is open and the valve 12 is closed. The compressed nitrogen gas is then introduced into the chamber 1. When a sufficient amount of compressed nitrogen gas has entered the chamber while the piston 3 moves along the arrow A, the valve 11 closes. The gaseous compressed and cooled nitrogen then relaxes inside the chamber 1 where a portion liquefies while the piston moves along the arrow A to its bottom dead point. Once the piston 3 has reached its low dead point and the nitrogen expanded, the valve 12 opens while the piston 3 moves along the arrow B to its high port point. The mixture of non-liquefied nitrogen gas and liquid nitrogen at about -195 ° C and 1 bar is then removed from the chamber 1. If this exhaust pressure is 1 bar, the temperature will necessarily be equal to -195. ° C since it is the vaporization temperature of the liquid nitrogen, the vaporization limiting the temperature drop. These pressure and temperature may however have other values. In particular, if the exhaust pressure is higher, then the temperature will be higher. A phase separator separates liquid nitrogen from nitrogen gas. The liquid nitrogen (approximately 10% of the total mass) is conveyed into the tank 19 via a pipe 31. The nitrogen gas is introduced into the exchanger 22 via a pipe 32 to cool the nitrogen in the compressed gaseous state. from the chamber 2. A phase separator (not shown) separates the hot water from the compressed nitrogen at the outlet of the chamber 2. This water is sent via a pipe 33 in the exchanger 18 in which it is cooled before being injected by means of a pump 34 and the injector 15 into the chamber 2 during compression. The compression is thus substantially isothermal which improves the efficiency. This cooling during compression is optional. The hot water coming from the compression inside the chamber 2 may alternatively or additionally be recovered for another use. It may for example supply the heating floor of a building as a dwelling unit to provide heating thereof. This may for example be the case when one produces liquid nitrogen for a vehicle during the night with the electrical energy of the network for example.
Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'azote liquide et le stocker, dans ce mode de réalisation à partir d'énergie solaire. Le système selon l'invention est donc un système de production et de stockage d'énergie renouvelable, en l'occurrence de l'azote liquide. De l'énergie mécanique est également produite, laquelle peut être récupérée au niveau de l'arbre moteur qui est entrainé en rotation. Dans une variante (cf figure 7), les soupapes 11 et 12 pourront être maintenues ouvertes et la totalité de l'air ou de l'azote comprimé provenant de la chambre 2 acheminée en direction de la chambre 40. Dans ce cas, le système ne permettra pas de produire de l'azote liquide, mais uniquement de l'énergie mécanique susceptible d'être récupérée au niveau de l'arbre moteur à partir d'énergie solaire lorsque le rayonnement solaire est utilisé en tant que source de chaleur (ou de toute autre source de chaleur suffisante, préférentiellement comprise entre 150 et environ 250°C, tels que des rejets thermiques industriels). Dans une variante, de l'air pourra être admis dans la chambre 2 puis récupéré à l'état comprimé en sortie de celle-ci. Le système pourra ainsi être utilisé pour produire de l'air comprimé plutôt que de l'azote liquide. Dans une variante (cf figure 5), les soupapes 44 et 45 pourront être maintenues ouvertes et l'azote comprimé provenant de la chambre 2 acheminé dans son intégralité vers l'échangeur 22. Les échangeurs 46 et 47 seront alors inactifs. L'azote liquide pourra être produit en animant le système en transmettant une énergie mécanique à l'arbre moteur pour l'entrainer en rotation, par exemple au moyen d'un moteur électrique. Ceci peut par exemple permettre de produire de l'azote liquide à partir d'une autre source d'énergie, telle que l'énergie éolienne, alors que le rayonnement solaire est trop faible pour animer le-système.The cycles inside the chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce liquid nitrogen and store it, in this embodiment from solar energy. The system according to the invention is therefore a system for producing and storing renewable energy, in this case liquid nitrogen. Mechanical energy is also produced, which can be recovered at the motor shaft which is rotated. In a variant (cf. FIG. 7), the valves 11 and 12 may be kept open and all the compressed air or nitrogen coming from the chamber 2 conveyed towards the chamber 40. In this case, the system will not produce liquid nitrogen, but only mechanical energy that can be recovered from the motor shaft from solar energy when the solar radiation is used as a source of heat (or any other source of sufficient heat, preferably between 150 and about 250 ° C, such as industrial heat discharges). In a variant, air can be admitted into the chamber 2 and then recovered in the compressed state at the outlet thereof. The system can thus be used to produce compressed air rather than liquid nitrogen. In a variant (cf. FIG. 5), the valves 44 and 45 may be kept open and the compressed nitrogen coming from the chamber 2 conveyed in its entirety to the exchanger 22. The exchangers 46 and 47 will then be inactive. The liquid nitrogen can be produced by animating the system by transmitting mechanical energy to the motor shaft to drive it in rotation, for example by means of an electric motor. This can, for example, make it possible to produce liquid nitrogen from another source of energy, such as wind energy, while the solar radiation is too weak to animate the system.
B. Mode moteur Pour fonctionner en mode moteur (cf. Figure 6), de l'azote liquide à -195° et 1 bar, (la température de l'azote liquide pourra être plus élevée si la pression dans le réservoir est plus élevée, par exemple entre -195°C et +20°C, et la pression pourra être comprise entre 1 et 700 bar), est extrait du réservoir 19 puis transféré au moyen de la pompe 20 et d'une canalisation 35 dans l'échangeur 21 dans lequel il est réchauffé à 20 °C. Sous l'effet de son chauffage, l'azote se vaporise et sa pression monte à au moins 200 bar. Le chauffage de l'azote permet de mettre le circuit sous pression. L'azote à 20°C et 200 bar (la pression pourra aller jusqu'à 700 bar et la température jusqu'à 600°C selon la résistance des matériaux mis en oeuvre) est ensuite acheminé à l'intérieur de la chambre 1 via une canalisation 36 qui débouche dans l'orifice 23. Tout au long des cycles, les soupapes 44, 45 sont ouvertes en permanence et les orifices correspondant connectés à aucune canalisation. Le piston 3 se trouve à son point port haut. La soupape 12 est fermée et la soupape 11 s'ouvre. L'azote entre dans la chambre 1.B. Engine mode To operate in engine mode (see Figure 6), liquid nitrogen at -195 ° and 1 bar, (the temperature of the liquid nitrogen may be higher if the pressure in the tank is higher , for example between -195 ° C and + 20 ° C, and the pressure may be between 1 and 700 bar), is removed from the reservoir 19 and then transferred by means of the pump 20 and a pipe 35 in the exchanger 21 in which it is warmed to 20 ° C. Under the effect of its heating, the nitrogen vaporizes and its pressure rises to at least 200 bar. The heating of the nitrogen makes it possible to put the circuit under pressure. The nitrogen at 20 ° C and 200 bar (the pressure can go up to 700 bar and the temperature up to 600 ° C depending on the resistance of the materials used) is then conveyed inside the chamber 1 via a pipe 36 which opens into the orifice 23. Throughout the cycles, the valves 44, 45 are open continuously and the corresponding ports connected to any pipe. The piston 3 is at its high port point. The valve 12 is closed and the valve 11 opens. Nitrogen enters the chamber 1.
Lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 1 pendant le déplacement du piston selon la flèche A, la soupape 11 se ferme. L'azote s'y détend alors en partie. Le piston 3 est alors déplacé selon la flèche A vers son point mort bas. L'arbre moteur 8 est alors entrainé en rotation. La soupape 12 s'ouvre. Le piston se déplace selon la flèche B vers son point mort haut évacuant l'azote en partie détendu de la chambre 1. Celui-ci circule dans une canalisation 37 reliée à l'orifice 25. Le piston 4 se trouve à son point mort à proximité de la culasse 10 et les soupapes 13 et 14 sont fermées. La soupape 13 s'ouvre et l'azote entre dans la chambre 2. La soupape 13 se ferme lorsqu'une quantité suffisante d'azote est introduit dans la chambre 2 pendant le déplacement du piston puis l'azote se détend une deuxième fois dans la chambre 2. Le piston 4 se déplace alors selon la flèche A vers son point mort éloigné de la culasse 10 en entrainant l'arbre moteur en rotation. La soupape 14 s'ouvre. Le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort à proximité de la culasse 10 laissant s'échapper l'azote dans l'air ambiant.When a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 1 during the displacement of the piston according to the arrow A, the valve 11 closes. Nitrogen then relaxes in part. The piston 3 is then moved along the arrow A towards its bottom dead point. The drive shaft 8 is then rotated. Valve 12 opens. The piston moves according to the arrow B to its top dead center discharging the nitrogen partially expanded chamber 1. It flows in a pipe 37 connected to the orifice 25. The piston 4 is at its dead point at near the cylinder head 10 and the valves 13 and 14 are closed. The valve 13 opens and the nitrogen enters the chamber 2. The valve 13 closes when a sufficient amount of nitrogen is introduced into the chamber 2 during the displacement of the piston and the nitrogen then relaxes a second time in the chamber 2. The piston 4 then moves along the arrow A towards its dead point remote from the cylinder head 10 driving the motor shaft in rotation. The valve 14 opens. The piston 4 moves according to the arrow B to its dead point near the cylinder head 10 letting nitrogen escape into the ambient air.
Des séparateurs de phases permettent de séparer l'eau froide de l'azote à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 17. L'eau froide et un fluide chaud préférentiellement entre 0 et 250°C comme de l'air échangent des calories en sorte que l'eau est réchauffée avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'azote s'y détend. Le réchauffement de l'eau peut également être réalisé au moyen d'un panneau solaire thermique. Les détentes sont ainsi sensiblement isothermes ce qui améliore le rendement. Ce réchauffement lors des détentes est optionnel. Les cycles à l'intérieur des chambres 1 et 2 sont ainsi synchronisés et répétés pour produire de l'énergie mécanique pouvant être récupérée au niveau de l'arbre moteur 8. Dans des variantes, l'azote liquide peut être envoyé directement dans la chambre 1 par un injecteur et une pompe haute pression par exemple comme le gazole est injecté dans les moteurs diesel. Ceci permet d'éviter la mise en oeuvre de l'échangeur 21 pour réchauffer l'azote, l'azote liquide se trouvant alors vaporisé au contact de l'eau de chauffage injectée dans les chambres 1 et 2. En contre partie, la quantité d'eau qui devra être injectée dans les chambres devra être plus importante pour permettre à la fois de réchauffer l'azote liquide, engendrer son changement de phase et assurer une détente isotherme.Phase separators make it possible to separate the cold water from the nitrogen at the outlet of the chambers 1 and 2. This water is sent via lines 38, 39 in the exchanger 17. The cold water and a hot fluid preferentially between 0 and 250 ° C as air exchange calories so that the water is heated before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 in the chambers 1, 2 when the nitrogen 'relaxes there. The heating of the water can also be achieved by means of a solar thermal panel. The detents are thus substantially isothermal which improves the efficiency. This warming during relaxation is optional. The cycles inside the chambers 1 and 2 are thus synchronized and repeated to produce mechanical energy that can be recovered at the motor shaft 8. In variants, the liquid nitrogen can be sent directly to the chamber 1 by an injector and a high pressure pump for example as diesel is injected into the diesel engines. This makes it possible to avoid the use of the exchanger 21 to heat the nitrogen, the liquid nitrogen being then vaporized in contact with the heating water injected into the chambers 1 and 2. In counterpart, the quantity water that will have to be injected into the chambers will have to be larger to allow both to heat the liquid nitrogen, to generate its phase change and to provide isothermal expansion.
L'azote gazeux à 20°C et 200 bar être porté à une température allant jusqu'à environ 500°C par une énergie thermique produite par exemple à partir d'une source d'énergie de nature fossile (par exemple au moyen d'une chaudière à fioul), avant d'entrer dans la chambre 1, puis être réchauffé de nouveau à 500°C avant d'entrer dans la chambre 2 plutôt que d'injecter de l'eau de chauffage dans les chambres. Ceci pourra par exemple être le cas lorsque dans le système sera monté sur une automobile ou un navire afin d'améliorer l'autonomie en azote liquide. Selon une caractéristique optionnelle, et dans l'hypothèse ou l'azote liquide est stocké a une température proche de -195°C), lorsque le piston 4 se déplace selon la flèche B vers son point mort à proximité de la culasse 10, la soupape 44 est ouverte et la soupape 45 fermée. De l'air ambiant à 20°C et 1 bar (la température de l'air ambiant sera préférentiellement comprise entre -40°C et 50°C, et sa pression égale à la pression atmosphérique) est admis dans l'échangeur 22 au moyen d'une canalisation 52. Cet air y est refroidi avant d'être admis à environ -80°C (cette température dépend de la performance de l'échangeur et de la température de l'air qui sort de la chambre 40) dans la chambre 40 via une canalisation 53 et l'orifice 42. Le piston 4 retourne vers son point mort à proximité de la culasse 41 et comprime l'air se trouvant dans la chambre 40 à une pression comprise entre 10 et 30 bars qui correspond à la pression de l'azote dans la canalisation 37 après la première détente. Cette compression doit être effectuée lentement afin qu'elle soit isotherme c'est-à-dire à une température proche d'environ -80°C. Au fur et à mesure que l'air s'échauffe par la compression, les calories sont absorbées par l'azote liquide qui est sous pression. La pompe 20 fait circuler l'azote dans un serpentin 54 placé dans l'enveloppe périphérique de la chambre 40 et dans sa culasse 41. Le but est de réchauffer l'azote liquide à une température proche de -80°C (valeur indicative) autant que de comprimer l'air à une température proche de -80°C. Il est possible de faire cette compression par pallier successif afin d'augmenter la surface d'échange, le temps d'échange et avoir une compression plus proche de l'isotherme. Pour cela, on comprime de l'air dans un premier réservoir tampon qui peut lui même être parcouru par le serpentin dans lequel circule l'azote liquide (non représenté), puis en comprimant de nouveau l'air pour l'envoyer dans un deuxième réservoir, qui lui sera à une pression plus élevée, et cela avec autant de paliers successifs que nécessaire pour arriver à une pression comprise entre 10 et 30 bar, qui correspond à la pression d'injection pour la deuxième détente dans le moteur. En finalité-la soupape 45 est ouverte pour laisser s'échapper l'air à -80°C à travers l'orifice 43. Cet air est acheminé via une canalisation 55 dans l'échangeur 22 dans lequel il est réchauffé en prélevant des calories à l'air admis dans l'échangeur 22 via la canalisation 52. Cet air comprimé et réchauffé à 20°C est mélangé avec l'azote en partie détendu à la même pression provenant de la chambre 1 puis admis dans la chambre 2. Cette variante permet à la fois : de préchauffer l'azote liquide en exploitant la compression mise en oeuvre dans la chambre 40 en diminuant les besoins en air chaud ambiant, et - de récupérer environ 10% d'énergie mécanique supplémentaire par la détente de l'air à 10 à 25 bar et 20°C expansé par l'air ambiant après compression à froid au contact du serpentin 54 où circule l'azote liquide. 6.3.3. Exemples d'utilisations Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être utilisé pour produire de l'énergie électrique en exploitant l'énergie mécanique produite pour entrainer avec l'arbre moteur un générateur de courant. Dans ce cas, l'arbre moteur peut entrainer en mouvement un générateur de courant pour produire de l'électricité. L'électricité peut être produite en quasi autonomie. Lorsque le rayonnement solaire est suffisant, il est possible d'une part de produire du courant en entrainant un générateur avec l'arbre moteur, et d'autre part de produire de l'azote liquide. Lorsque le rayonnement solaire est trop faible pour animer le système mécanique, il est possible de produire de l'électricité en entrainant un générateur avec l'arbre moteur, lequel est mis en mouvement grâce à l'énergie thermique stockée dans la capacité thermique puis en puisant l'azote liquide dans le réservoir. A défaut de rayonnement solaire, la chaleur nécessaire à la mise en oeuvre du système peut être produite à partir d'énergie fossile ou autre. Il sera par exemple possible de prélever une partie de la chaleur produite pour chauffer une maison à partir d'énergie fossile ou renouvelable (tel que le bois) . L'énergie électrique produite au moyen d'un système selon l'invention pourra permettre d'alimenter une maison notamment dans le cas où des panneaux photovoltaïques seraient insuffisants, notamment en hiver. Un système selon l'invention peut également permettre d'injecter de l'énergie électrique dans le réseau électrique pour palier une défaillance du réseau.Nitrogen gas at 20 ° C and 200 bar can be heated to a temperature of up to about 500 ° C by a thermal energy produced for example from a source of energy of fossil nature (for example by means of oil boiler), before entering room 1, and then reheated to 500 ° C before entering room 2 rather than injecting heating water into the rooms. This may for example be the case when in the system will be mounted on an automobile or a ship to improve the autonomy of liquid nitrogen. According to an optional characteristic, and in the hypothesis where the liquid nitrogen is stored at a temperature close to -195 ° C.), when the piston 4 moves according to the arrow B towards its dead point near the cylinder head 10, the valve 44 is open and valve 45 closed. Ambient air at 20 ° C and 1 bar (the ambient air temperature will preferably be between -40 ° C and 50 ° C, and its pressure equal to atmospheric pressure) is admitted in the exchanger 22 to This air is cooled before being admitted at about -80 ° C. (this temperature depends on the performance of the heat exchanger and the temperature of the air coming out of the chamber 40). the chamber 40 via a pipe 53 and the orifice 42. The piston 4 returns to its dead point near the cylinder head 41 and compresses the air in the chamber 40 at a pressure of between 10 and 30 bar which corresponds to the pressure of the nitrogen in line 37 after the first expansion. This compression must be carried out slowly so that it is isothermal, that is to say at a temperature close to about -80 ° C. As the air heats up through compression, the calories are absorbed by the liquid nitrogen that is under pressure. The pump 20 circulates the nitrogen in a coil 54 placed in the peripheral envelope of the chamber 40 and in its cylinder head 41. The purpose is to heat the liquid nitrogen to a temperature close to -80 ° C. (indicative value) as much as compressing the air to a temperature close to -80 ° C. It is possible to make this compression by successive step in order to increase the exchange surface, the exchange time and have a compression closer to the isotherm. For this, air is compressed in a first buffer tank which can itself be traversed by the coil in which the liquid nitrogen circulates (not shown), then again compressing the air to send it in a second reservoir, which will be at a higher pressure, and this with as many successive stages as necessary to reach a pressure between 10 and 30 bar, which corresponds to the injection pressure for the second expansion in the engine. Finally, the valve 45 is opened to let the air escape at -80 ° C. through the orifice 43. This air is conveyed via a line 55 into the exchanger 22 in which it is heated by taking up calories. to the air admitted into the exchanger 22 via the pipe 52. This compressed air and heated to 20 ° C is mixed with the nitrogen partially expanded at the same pressure from the chamber 1 and then admitted into the chamber 2. This variant allows both: to preheat the liquid nitrogen by exploiting the compression implemented in the chamber 40 by reducing the need for ambient hot air, and - to recover about 10% additional mechanical energy by the relaxation of the air at 10 to 25 bar and 20 ° C expanded by the ambient air after cold compression in contact with the coil 54 where circulates the liquid nitrogen. 6.3.3. Examples of Uses A mechanical system according to this embodiment can for example be used to produce electrical energy by exploiting the mechanical energy produced to drive a current generator with the motor shaft. In this case, the motor shaft can drive a current generator in motion to produce electricity. Electricity can be produced in near autonomy. When solar radiation is sufficient, it is possible on the one hand to produce current by driving a generator with the motor shaft, and on the other hand to produce liquid nitrogen. When the solar radiation is too weak to animate the mechanical system, it is possible to produce electricity by driving a generator with the motor shaft, which is set in motion thanks to the thermal energy stored in the thermal capacity and then in drawing liquid nitrogen into the tank. In the absence of solar radiation, the heat necessary for the implementation of the system can be produced from fossil energy or other. For example, it will be possible to take some of the heat produced to heat a house from fossil or renewable energy (such as wood). The electrical energy produced by means of a system according to the invention may be used to power a house particularly in the case where photovoltaic panels would be insufficient, especially in winter. A system according to the invention can also be used to inject electrical energy into the electrical network to overcome a failure of the network.
Le système peut être installé en cogénération pour le chauffage d'une maison conjointement avec d'autres sources d'énergies telles que des panneaux photovoltaïques placés sur le toit de la maison. Dans ce cas, lorsque les panneaux photovoltaïques produisent trop d'énergie électrique, le système peut être entrainé par un moteur électrique alimenté par l'électricité excédentaire produite à partir des panneaux photovoltaïques dans le but de produire de l'azote liquide qui est stocké dans un réservoir. Lorsque la maison est chauffée, le système peut prélever dans celle-ci, par le biais d'un échangeur de chaleur, une quantité de chaleur afin d'entrainer le système pour produire de l'électricité qui est directement consommée ou injectée dans le réseau et/ou pour produire de l'azote liquide qui est stocké dans un réservoir. Lorsque il n'y a pas suffisamment de soleil, le système pourra être alimenté avec l'azote liquide préalablement produit pour générer de l'énergie électrique. L'azote liquide pourra également être utilisé pour remplir le réservoir d'une voiture fonctionnant à l'azote liquide. Un système mécanique selon ce mode de réalisation peut par exemple être installé sur un véhicule motorisé, comme une voiture. En mode moteur, le système est utilisé pour mouvoir le véhicule en exploitant l'énergie mécanique produite en consommant l'azote stocké dans le réservoir. Lorsque le réservoir est vide, le système peut être alimenté en énergie mécanique, par exemple au moyen d'un moteur électrique ou autre ou en exploitant des énergies fossiles, le rayonnement solaire avec la chambre 40 (dans le cas du solaire, le système sera plutôt en poste fixe), pour entrainer en rotation l'arbre moteur et produire de l'azote liquide afin de le stocker dans le réservoir. Le système mécanique selon l'invention est donc réversible. L'énergie électrique nécessaire à alimenter le système pour produire de l'azote liquide pourra par exemple être produit au moyen de panneaux solaires photovoltaïques placés sur le toit d'une maison ou autre. La chaleur produite par le chauffage d'un bâtiment pourra servir de source de chaleur alimenter le système afin produire de l'azote liquide et/ou de l'électricité. L'eau chaude générée lors de la compression peut être récupérée pour assurer le chauffage d'un bâtiment en circulant à travers un plancher chauffant ou des radiateurs basse température par exemple. Lorsque le système mécanique sera installé pour motoriser un véhicule, il pourra permettre de produire de l'air comprimé pendant les phases de freinage. Pendant les phases de freinage, le véhicule entraine l'arbre moteur en rotation du fait de son inertie. Les soupapes 44 et 45 sont maintenues ouvertes et les orifices correspondants ne sont connectés à aucune canalisation d'admission et d'échappement. Lorsque le cylindre 4 est entrainé vers son point mort éloigné de la culasse 10, la soupape 14 est fermée et la soupape 13 est ouverte en sorte que de l'air ambiant à 25°C et 1 bar est admis dans la chambre 2 au travers de l'orifice 25 via une canalisation 60. Lorsque le piston retourne vers son point mort à proximité de la culasse 10, les soupapes 13 et 14 sont fermées en sorte que l'air contenu dans la chambre 2 est comprimé. La soupape 14 est ouverte en sorte que l'air comprimé soit acheminé dans la chambre 1 via l'orifice 26, une canalisation 61 et l'orifice 23. Le piston 3 se trouve alors à son point mort haut, la soupape 13 est ouverte et la soupape 14 est fermée. Le piston 3 se déplace vers son point mort bas en sorte que l'air comprimé pénètre la chambre 1. La soupape 13 se referme et le piston retourne à son point mort haut comprimant une nouvelle fois l'air se trouvant dans la chambre 1. La soupape 14 s'ouvre pour évacuer l'air ainsi comprimé à environ 200 bar dans un réservoir de stockage prévu à cet effet. Dans l'hypothèse où l'on injecte de l'eau dans les chambres, des séparateurs de phases permettent de séparer l'eau de l'air à la sortie des chambres 1 et 2. Cette eau est envoyée via des canalisations 38, 39 dans l'échangeur 18 dans lequel elle est éventuellement refroidie avant d'être injectée au moyen d'une pompe 34 et des injecteurs 15 et 16 dans les chambres 1, 2 lorsque l'air y est comprimé. Ce rafraichissement lors des compressions est optionnel. L'air comprimé ainsi obtenu pourra être mélangé avec l'azote comprimé et réchauffé avant d'être introduit dans la chambre 1 en mode moteur. L'eau chaude produite au cours de la compression peut être stockée en vue d'être injectée dans les chambres lors des phases d'accélération en mode moteur pour réchauffer l'azote pendant qu'il se détend.The system can be installed in cogeneration for heating a house together with other sources of energy such as photovoltaic panels placed on the roof of the house. In this case, when the photovoltaic panels produce too much electrical energy, the system can be driven by an electric motor powered by the excess electricity produced from the photovoltaic panels in order to produce liquid nitrogen which is stored in a reservoir. When the house is heated, the system can extract a quantity of heat through the heat exchanger to drive the system to produce electricity that is directly consumed or injected into the grid. and / or to produce liquid nitrogen which is stored in a tank. When there is not enough sun, the system can be fed with the previously produced liquid nitrogen to generate electrical energy. Liquid nitrogen can also be used to fill the tank of a car running on liquid nitrogen. A mechanical system according to this embodiment can for example be installed on a motor vehicle, such as a car. In engine mode, the system is used to move the vehicle by exploiting the mechanical energy produced by consuming the nitrogen stored in the tank. When the tank is empty, the system can be supplied with mechanical energy, for example by means of an electric motor or other or by exploiting fossil energies, the solar radiation with the chamber 40 (in the case of solar, the system will be rather stationary), to rotate the motor shaft and produce liquid nitrogen for storage in the tank. The mechanical system according to the invention is therefore reversible. The electrical energy required to supply the system to produce liquid nitrogen may for example be produced by means of photovoltaic solar panels placed on the roof of a house or other. The heat produced by heating a building can be used as a source of heat to power the system to produce liquid nitrogen and / or electricity. The hot water generated during the compression can be recovered to heat a building by circulating through a floor heating or low temperature radiators for example. When the mechanical system will be installed to motorize a vehicle, it may allow to produce compressed air during the braking phases. During the braking phases, the vehicle drives the motor shaft in rotation due to its inertia. Valves 44 and 45 are kept open and the corresponding ports are not connected to any intake and exhaust lines. When the cylinder 4 is driven towards its dead point remote from the cylinder head 10, the valve 14 is closed and the valve 13 is opened so that ambient air at 25 ° C. and 1 bar is admitted into the chamber 2 through of the orifice 25 via a pipe 60. When the piston returns to its dead position near the cylinder head 10, the valves 13 and 14 are closed so that the air contained in the chamber 2 is compressed. The valve 14 is opened so that the compressed air is conveyed into the chamber 1 via the orifice 26, a pipe 61 and the orifice 23. The piston 3 is then at its top dead center, the valve 13 is open and the valve 14 is closed. The piston 3 moves towards its bottom dead point so that the compressed air enters the chamber 1. The valve 13 closes and the piston returns to its top dead center again compressing the air in the chamber 1. The valve 14 opens to evacuate the air thus compressed to about 200 bar in a storage tank provided for this purpose. In the event that water is injected into the chambers, phase separators make it possible to separate the water from the air at the outlet of chambers 1 and 2. This water is sent via pipelines 38, 39 in the exchanger 18 in which it is optionally cooled before being injected by means of a pump 34 and injectors 15 and 16 into the chambers 1, 2 when the air is compressed therein. This refresh during compressions is optional. The compressed air thus obtained may be mixed with the compressed nitrogen and heated before being introduced into the chamber 1 in engine mode. The hot water produced during compression can be stored for injection into the chambers during engine mode acceleration to warm the nitrogen as it relaxes.
La récupération d'énergie se fait sous forme thermique (réservoir d'eau chaude) et pneumatique (réservoir d'air comprimé). Les valeurs de pressions et températures sont mentionnées de manière indicative. Le technique selon l'invention pourra aussi fonctionner avec d'autres valeurs de pressions et températures. Celles-ci pourront notamment être définies en fonction de la source de chaleur utilisée et/ou du type d'utilisation. 6.4. Autre variante : cylindrée variable Dans des variantes, qu'au moins une des deux ou trois chambres soit à cylindrée variable. En d'autres termes, des moyens pourront être mis en oeuvre pour faire varier la cylindrée, c'est-à-dire le volume, d'au moins une des chambres. On présente en relation avec les figures 8, 9, 10 et 11 un exemple parmi d'autres de mécanisme pouvant être mis en oeuvre pour permettre de faire varier la cylindrée d'une chambre. Dans cet exemple, le vilebrequin 100 est relié au pied d'une bielle 101 au moyen d'une liaison pivot. La tête de la bielle 101 est reliée au moyen d'une liaison pivot à l'extrémité d'un basculeur 102. L'autre extrémité du basculeur 102 est reliée au moyen d'une liaison pivot au pied d'une bielle 103. La tête de la bielle 103 est liée par une liaison encastrement au piston 104. Le piston 104 est monté mobile en translation à l'intérieur d'une chambre 105. Un premier coulisseau 106 est monté mobile en translation le long du basculeur 102. Ce premier coulisseau 106 est lié à un deuxième coulisseau 107 au moyen d'une liaison pivot dont l'axe est perpendiculaire à l'axe longitudinal du basculeur 102 et perpendiculaire à l'axe selon lequel le piston 104 se translate à l'intérieur de la chambre 105. Le deuxième coulisseau 107 est monté mobile en translation le long d'un rail 108 dont l'axe longitudinal est incliné par rapport à l'axe selon lequel le piston 104 se translate à l'intérieur de la chambre 105. Un actionneur (non représenté), comme par exemple un vérin, permet d'agir sur le deuxième coulisseau 107 pour le déplacer le long du rail 108 dans un sens ou dans l'autre. Il est ainsi possible de rapprocher ou d'éloigner l'axe de rotation du basculeur 102 de l'axe de déplacement du piston 104. Sur les figures 8 et 9, le premier coulisseau 102 occupe une position dans laquelle il se trouve rapproché de l'axe de déplacement du piston 104. L'axe de rotation du basculeur 102 est donc proche de l'axe de déplacement du piston 104. Ainsi, la course dp du piston 104 à l'intérieur de la chambre 105 est faible. La cylindrée de la chambre 105 est alors réduite.The energy recovery is in thermal (hot water tank) and pneumatic (compressed air tank) form. The values of pressures and temperatures are indicated in an indicative manner. The technique according to the invention may also operate with other pressure and temperature values. These may in particular be defined according to the heat source used and / or the type of use. 6.4. Another variant: variable displacement In variants, at least one of the two or three chambers is variable displacement. In other words, means can be implemented to vary the cubic capacity, that is to say the volume, of at least one of the chambers. FIGS. 8, 9, 10 and 11 show one example of a mechanism that can be used to vary the displacement of a chamber. In this example, the crankshaft 100 is connected to the base of a connecting rod 101 by means of a pivot connection. The head of the rod 101 is connected by means of a pivot connection at the end of a rocker 102. The other end of the rocker 102 is connected by means of a pivot connection at the foot of a rod 103. The head of the connecting rod 103 is connected by a connection to the piston 104. The piston 104 is mounted to move in translation inside a chamber 105. A first slide 106 is mounted to move in translation along the rocker 102. slider 106 is connected to a second slider 107 by means of a pivot connection whose axis is perpendicular to the longitudinal axis of the rocker 102 and perpendicular to the axis in which the piston 104 is translated inside the chamber 105. The second slider 107 is mounted to move in translation along a rail 108 whose longitudinal axis is inclined with respect to the axis along which the piston 104 translates into the interior of the chamber 105. An actuator ( not shown), such as a cylinder , makes it possible to act on the second slider 107 to move it along the rail 108 in one direction or the other. It is thus possible to move the axis of rotation of the rocker 102 closer to or away from the axis of movement of the piston 104. In FIGS. 8 and 9, the first slide 102 occupies a position in which it is close to the The axis of rotation of the piston 104. The axis of rotation of the rocker 102 is thus close to the axis of displacement of the piston 104. Thus, the stroke dp of the piston 104 inside the chamber 105 is small. The displacement of the chamber 105 is then reduced.
Sur les figures 8 et 9, le premier coulisseau 102 occupe une position dans laquelle il se trouve plus éloigné de l'axe de déplacement du piston 104. L'axe de rotation du basculeur 102 est donc plus éloigné de l'axe de déplacement du piston 104. Ainsi, la course dp du piston 104 à l'intérieur de la chambre 105 est plus importante. La cylindrée de la chambre 105 est alors augmentée. La mise en oeuvre d'un tel dispositif pour faire varier la cylindrée permet d'ajuster la cylindrée en fonction des modes de fonctionnement du système selon l'invention. En mode générateur d'azote liquide, et lorsque le système met en oeuvre trois chambres, l'azote comprimé dans une des chambres est envoyé en partie dans le cylindre servant de moteur, l'autre étant envoyée dans la chambre à l'intérieur de laquelle l'azote se liquéfie. Si le troisième cylindre n'est pas utilisé en tant que moteur, mais que le système est mis en oeuvre au moyen d'un moteur électrique relié au vilebrequin, tout l'azote comprimé dans la chambre où à lieu la compression peut être envoyé dans la chambre où à lieu la liquéfaction en augmentant la cylindré de celle-ci par le biais du dispositif. Dans le cas contraire, on est obligé de réduire la production d'azote comprimé en commandant les soupapes, par exemple au moyen d'une commande électronique, en alimentant en air la chambre dans laquelle a lieu la compression un tour sur deux par exemple, pour ne pas produire la partie d'azote comprimé qui irait dans le cylindre servant de moteur. Toujours en mode générateur d'azote liquide, lorsque la troisième chambre est utilisée en tant que moteur pour animé le système en utilisant une source chaude comme par exemple le rayonnement solaire pour réchauffer l'azote gazeux injecté dans cette chambre, on peut en complément alimenter animé avec d'autres moyens d'entrainement comme par exemple un moteur électrique relié au vilebrequin et ajuster la cylindrée de la troisième chambre afin de conserver un même niveau de productivité d'azote liquide quel que soit l'ensoleillement. En mode moteur, la cylindrée de la chambre dans laquelle a lieu la première détente pourra être réduite afin de réduire la vitesse de piston, ce qui permet de réduire l'usure des joints notamment. Lorsque le système comprend trois chambres, l'azote partiellement détendu provenant d'une première chambre pourra être envoyé en partie dans une deuxième chambre et en partie dans une troisième chambre. Ceci permet de doubler momentanément en cas de besoin la puissance du système selon l'invention en mode moteur. Dans ce cas, la troisième chambre n'est pas utilisée en tant que compresseur d'air pour préchauffer l'azote liquide et la cylindrée de la première chambre où a lieu la première détente est augmentée pour pouvoir alimenter les deux autres chambres lors de la deuxième détente. Toujours en mode moteur, la cylindrée variable peut également permettre de faire tourner le vilebrequin selon une fréquence constante quelle que soit la charge. Ceci est intéressant lorsque l'on produit de l'électricité avec de l'énergie solaire par exemple qui est d'une intensité variable dans la mesure où cela permet de générer du courant à une fréquence désirée sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre des systèmes électroniques pour cela.In FIGS. 8 and 9, the first slider 102 occupies a position in which it is further away from the axis of displacement of the piston 104. The axis of rotation of the rocker 102 is therefore further from the axis of displacement of the piston 104. Thus, the stroke dp of the piston 104 inside the chamber 105 is larger. The displacement of the chamber 105 is then increased. The implementation of such a device for varying the displacement makes it possible to adjust the displacement as a function of the operating modes of the system according to the invention. In the liquid nitrogen generator mode, and when the system uses three chambers, the compressed nitrogen in one of the chambers is sent partly into the engine cylinder, the other being sent into the chamber inside the chamber. which nitrogen is liquefied. If the third cylinder is not used as a motor, but the system is implemented by means of an electric motor connected to the crankshaft, all the compressed nitrogen in the chamber where the compression takes place can be sent to the chamber where the liquefaction takes place by increasing the displacement of the latter through the device. In the opposite case, it is necessary to reduce the production of compressed nitrogen by controlling the valves, for example by means of an electronic control, by supplying air to the chamber in which the compression occurs every other turn, for example, not to produce the portion of compressed nitrogen that would go into the engine cylinder. Still in the liquid nitrogen generation mode, when the third chamber is used as a motor to animate the system using a hot source such as solar radiation to heat the nitrogen gas injected into this chamber, it can complement feed animated with other drive means such as for example an electric motor connected to the crankshaft and adjust the cubic capacity of the third chamber to maintain the same level of productivity of liquid nitrogen regardless of sunlight. In engine mode, the displacement of the chamber in which the first expansion takes place can be reduced in order to reduce the piston speed, which makes it possible to reduce the wear of the seals in particular. When the system comprises three chambers, the partially expanded nitrogen from a first chamber can be sent partly into a second chamber and partly into a third chamber. This makes it possible to temporarily double, if necessary, the power of the system according to the invention in motor mode. In this case, the third chamber is not used as an air compressor to preheat the liquid nitrogen and the displacement of the first chamber where the first expansion takes place is increased so as to be able to feed the other two chambers at the same time. second relaxation. Always in engine mode, the variable displacement can also make it possible to turn the crankshaft according to a constant frequency whatever the load. This is interesting when one produces electricity with solar energy for example which is of a variable intensity in that it allows to generate current at a desired frequency without it being necessary to put in electronic systems for that.
La cylindrée variable peut également permettre de transformer plus facilement le système selon l'invention en pompe à chaleur thermique qui s'auto alimente mécaniquement. En mode pompe à chaleur, comme dans le mode générateur d'azote liquide à trois chambres, de l'air est comprimé dans la deuxième chambre. L'eau chaude produite en parallèle à l'intérieur de cette deuxième chambre, qui est réchauffée par la compression à une température constante de 30°C par exemple, peut en tout ou partie servir à l'alimentation d'un plancher chauffant par exemple. Parallèlement, une partie de l'air comprimé dans la deuxième chambre est réchauffé par une source de chaleur à environ 500°C et alimente la troisième chambre qui assure le rôle de moteur, tandis qu'une autre partie de l'air comprimé dans la deuxième chambre est détendue à froid directement dans la première chambre, sans passer par l'échangeur, mais en étant réchauffé lors de la détente dans cette première chambre par un fluide très froid (entre -20°C et -80°C) qui lui est réchauffé, après récupération, en puisant les calories à l'extérieur à travers un échangeur, par exemple par l'air ambiant extérieur, pour être réinjecté de nouveau dans la deuxième chambre. Cette mise en oeuvre peut ainsi permettre de produire 2 à 3 fois plus de chaleur que le système n'en consomme, l'autre partie de la chaleur étant puisée dans les calories basse température à l'extérieur du système.The variable displacement can also make it easier to transform the system according to the invention into a heat pump which self-feeds mechanically. In heat pump mode, as in the three chamber liquid nitrogen generator mode, air is compressed in the second chamber. The hot water produced in parallel inside this second chamber, which is heated by compression at a constant temperature of 30 ° C for example, may in all or part be used for feeding a floor heating for example . At the same time, a part of the compressed air in the second chamber is heated by a heat source at about 500 ° C and feeds the third chamber which acts as a motor, while another part of the compressed air in the second chamber is relaxed cold directly in the first chamber, without going through the exchanger, but being heated during the relaxation in this first chamber by a very cold fluid (-20 ° C to -80 ° C) that is heated, after recovery, by drawing the calories outside through an exchanger, for example by the outside ambient air, to be reinjected again in the second chamber. This implementation can thus produce 2 to 3 times more heat than the system consumes, the other part of the heat being drawn from the low temperature calories outside the system.
Le système selon l'invention, lorsqu'il est ainsi utilisé en tant que pompe à chaleur, pourra être animé alternativement ou en complément par des moyens moteurs, comme par exemple un moteur électrique ou autre, relié au vilebrequin. Dans le cas d'une utilisation en tant que pompe à chaleur, la chambre dans laquelle a lieu la détente doit avoir une cylindrée presque aussi importante que la chambre dans laquelle a lieu la compression parce que le système fonctionnant en pompe à chaleur consomme peu d'énergie si bien qu'il n'y a pas besoin d'envoyer beaucoup d'air chaud dans la chambre assurant le rôle de moteur, et parce que la détente s'effectue à une température plus élevée qu'en mode générateur d'azote liquide ce qui permet d'augmenter son volume.The system according to the invention, when it is thus used as a heat pump, may be alternately or complementarily driven by motor means, such as an electric motor or the like, connected to the crankshaft. In the case of use as a heat pump, the chamber in which the expansion takes place must have a displacement that is almost as large as the chamber in which the compression takes place because the system operating as a heat pump consumes little heat. energy so that there is no need to send a lot of hot air into the chamber acting as a motor, and because the trigger is at a higher temperature than in generator mode. liquid nitrogen which allows to increase its volume.
D'une façon générale, il est possible d'avoir trois cylindrées variables avec course et alésage identique des pistons sur un même vilebrequin qui permette d'ajuster au mieux chacun des modes de fonctionnement. Lorsque la pression dans une des chambres est très élevée, la course du piston y est réduite tandis que l'effort sur le vilebrequin est le même que pour les autres chambres. Cela réduit la complexité globale du système. Dans chacun des modes de fonctionnement, chaque ensemble chambre-piston est utilisé au mieux de ses capacités sans que les pièces ne soit sur dimensionnées. Ceci permet d'avoir un moteur à azote liquide à la fois performant et puissant, une pompe à chaleur performante, un générateur d'azote liquide optimisé. Un système selon l'invention est donc très polyvalent ce qui en réduit le cout de son développement et de son utilisation.In general, it is possible to have three variable displacement with identical stroke and bore of the pistons on the same crankshaft that allows to best adjust each of the modes of operation. When the pressure in one of the chambers is very high, the piston stroke is reduced while the force on the crankshaft is the same as for the other chambers. This reduces the overall complexity of the system. In each of the operating modes, each chamber-piston assembly is used to the best of its ability without the parts being over dimensioned. This makes it possible to have a powerful and powerful liquid nitrogen engine, a powerful heat pump, an optimized liquid nitrogen generator. A system according to the invention is therefore very versatile which reduces the cost of its development and use.
Claims (18)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2014/055998 WO2014154715A1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | Mechanical system for the production and storage of liquid nitrogen and for the production of mechanical energy from said liquid nitrogen |
| FR1452533A FR3003601B1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND FOR THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM THE SAID LIQUID NITROGEN. |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1352676A FR3003600A1 (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | REVERSIBLE MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF LIQUEFIED GAS OR MECHANICAL ENERGY |
| FR1452533A FR3003601B1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND FOR THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM THE SAID LIQUID NITROGEN. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3003601A1 true FR3003601A1 (en) | 2014-09-26 |
| FR3003601B1 FR3003601B1 (en) | 2021-04-09 |
Family
ID=48771628
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1352676A Pending FR3003600A1 (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | REVERSIBLE MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF LIQUEFIED GAS OR MECHANICAL ENERGY |
| FR1452533A Active FR3003601B1 (en) | 2013-03-25 | 2014-03-25 | MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND FOR THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM THE SAID LIQUID NITROGEN. |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1352676A Pending FR3003600A1 (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | REVERSIBLE MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION OF LIQUEFIED GAS OR MECHANICAL ENERGY |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (2) | FR3003600A1 (en) |
| WO (1) | WO2014154715A1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20300335U1 (en) * | 2003-01-10 | 2003-03-27 | Schmid, Heinrich, 94264 Langdorf | Pollutant-free indoor vehicle |
| DE102004032215A1 (en) * | 2004-07-02 | 2006-01-26 | Richter, Manfred | Heat energy transformation device for prime mover, has heat exchanger connected with inlet duct of plunger over upper pressure line, and exhaust duct of piston connected with radiator over lower pressure line |
| WO2009075897A2 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-18 | Brigham Young University | Methods and systems for generating power from a turbine using pressurized nitrogen |
| US20100329903A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Lightsail Energy Inc. | Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange |
| US20110005226A1 (en) * | 2007-07-05 | 2011-01-13 | Daniel Ashikian | System and method for storing, dissiminating, and utilizing energy in the form of gas compression and expansion including thermo-dynamic battery |
| US20110094230A1 (en) * | 2009-10-27 | 2011-04-28 | Matthias Finkenrath | System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013155076A1 (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Scuderi Group, Inc. | Compressed air energy storage systems with split-cycle engines |
| DE202012101448U1 (en) * | 2012-04-19 | 2013-07-22 | Gunter Krauss | Nitrogen propulsion system |
-
2013
- 2013-03-25 FR FR1352676A patent/FR3003600A1/en active Pending
-
2014
- 2014-03-25 WO PCT/EP2014/055998 patent/WO2014154715A1/en active Application Filing
- 2014-03-25 FR FR1452533A patent/FR3003601B1/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20300335U1 (en) * | 2003-01-10 | 2003-03-27 | Schmid, Heinrich, 94264 Langdorf | Pollutant-free indoor vehicle |
| DE102004032215A1 (en) * | 2004-07-02 | 2006-01-26 | Richter, Manfred | Heat energy transformation device for prime mover, has heat exchanger connected with inlet duct of plunger over upper pressure line, and exhaust duct of piston connected with radiator over lower pressure line |
| US20110005226A1 (en) * | 2007-07-05 | 2011-01-13 | Daniel Ashikian | System and method for storing, dissiminating, and utilizing energy in the form of gas compression and expansion including thermo-dynamic battery |
| WO2009075897A2 (en) * | 2007-12-06 | 2009-06-18 | Brigham Young University | Methods and systems for generating power from a turbine using pressurized nitrogen |
| US20100329903A1 (en) * | 2009-06-29 | 2010-12-30 | Lightsail Energy Inc. | Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange |
| US20110094230A1 (en) * | 2009-10-27 | 2011-04-28 | Matthias Finkenrath | System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014154715A1 (en) | 2014-10-02 |
| FR3003600A1 (en) | 2014-09-26 |
| FR3003601B1 (en) | 2021-04-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3052773B1 (en) | Thermodynamic system for storing/producing electrical energy | |
| CA2763419C (en) | Temperature adjustment in a heat regenerator used in equipment for storing energy by adiabatic air compression | |
| EP1702137B1 (en) | Engine with an active mono-energy and/or bi-energy chamber with compressed air and/or additional energy and thermodynamic cycle thereof | |
| EP2203967B1 (en) | Installation and methods for storing and restoring electrical energy using a piston-type gas compression and expansion unit | |
| FR2905404A1 (en) | ACTIVE MONO AND / OR ENERGY CHAMBER MOTOR WITH COMPRESSED AIR AND / OR ADDITIONAL ENERGY. | |
| CA2810930C (en) | Mono-energy and/or dual-energy engine with compressed air and/or additional energy, comprising an active chamber included in the cylinder | |
| FR2904054A1 (en) | CRYOGENIC MOTOR WITH AMBIENT THERMAL ENERGY AND CONSTANT PRESSURE AND ITS THERMODYNAMIC CYCLES | |
| EP1899578A2 (en) | Low-temperature motor compressor unit with continuous "cold" combustion at constant pressure and with active chamber | |
| WO2012045694A1 (en) | Self-pressure-regulating compressed air engine comprising an integrated active chamber | |
| EP2935807A1 (en) | Concentrating thermodynamic solar or conventional thermal power plant | |
| FR3016025A1 (en) | COMBINATION OF A COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE UNIT AND A THERMAL POWER PLANT | |
| EP3724458A1 (en) | Method for storing and producing energy by means of compressed air with additional energy recovery | |
| FR3003601A1 (en) | MECHANICAL SYSTEM FOR THE PRODUCTION AND STORAGE OF LIQUID NITROGEN AND THE PRODUCTION OF MECHANICAL ENERGY FROM SAID LIQUID NITROGEN | |
| FR2864174A1 (en) | Electricity generating device for e.g. domestic purpose, has container in which passages orient compressed air towards compartments that confine air onto wheel, connected to alternator, rotated under effect of buoyancy due to air | |
| FR3133430A1 (en) | HEAT PUMP WITH TWO THERMAL ENERGY STORAGE AND RELEASE SYSTEMS | |
| EP3189224B1 (en) | Engine with differential evaporation pressures | |
| FR2945578A1 (en) | Working chambers integrated twin-cylinder hybrid engine system for vehicle, has prechamber connected to relaxation chamber by non-return valve that is opened by pressure differential of chamber towards another chamber | |
| FR2964693A1 (en) | INSTALLATION OF ENERGY RESTITUTION | |
| FR2989639A1 (en) | Compressed air circuit for use in traction chain of hybrid car, has compressed air tank for compressing air to fill circuit so as to generate driving force, and phase shift material that is in thermal contact with compressed air | |
| WO2011128520A1 (en) | Fuelless combustion engine suited notably to the automotive and nuclear fields | |
| FR2921442A1 (en) | Pneumatic energy exchanger for e.g. motor unit's air generator in car, has primary chambers mechanically connected with corresponding secondary chambers such that mechanical energy is entirely absorbed and delivered to secondary gas | |
| FR2983916A1 (en) | External combustion thermal engine for production of electrical energy from e.g. biomass, has closed circuit containing carbon-dioxide with constant density, and flywheel conserving mechanical energy produced by engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| TP | Transmission of property |
Owner name: JEAN-PIERRE FESSELIER, FR Effective date: 20190917 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 9 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 10 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 11 |