Domaine de l'invention L'invention concerne un dispositif de production d'énergie thermique, destiné en particulier à tre utilisé dans des installations de chauffage individuel, collectif, industriel, à fluides caloporteurs liquides ou gazeux.

L'invention concerne plus précisément un dispositif de production d'énergie thermique, particulièrement économe en énergie de fonctionnement, mettant en oeuvre des moyens de compression d'un fluide compressible formé d'au moins deux composants.

L'invention concerne également un procédé de chauffage de fluides caloporteurs liquides ou gazeux mis en oeuvre dans des installations de chauffage individuel, collectif ou industriel.

Etat de la technique Les dispositifs de production d'énergie thermiques les plus connus pour des installations de chauffage individuel, collectif et industriel apparaissent tre : - des radiateurs à résistances électriques, radians ou non, chauffant par contact direct l'atmosphère gazeuse des locaux à chauffer, - des chaudières électriques, à gaz, à fioul, avec géothermie, dont la fonction est de chauffer des fluides liquides ou gazeux qui chauffent à leur tour des échangeurs thermiques de chauffage central à circulation d'eau ou à vapeur, mis au contact de l'atmosphère à réchauffer.

Toutefois, l'inconvénient majeur de ces divers types de dispositifs de production d'énergie thermique est leur coût de fonctionnement élevé puisque mettant en oeuvre, pour leur fonctionnement, des sources d'énergie coûteuses, électriques ou fossiles, mais également pour les énergies fossiles, détérioration de l'environnement par le rejet de gaz à effet de serre.

Sommaire de l'invention Dès lors que l'un des inconvénients majeurs des dispositifs de production d'énergie thermique les plus connus est le coût de fonctionnement élevé de ces dispositifs, le principal objet de l'invention vise à créer un dispositif de production d'énergie thermique à faible coût de fonctionnement, tout en restant très concurrentiel sur l'aspect de l'investissement pour sa réalisation.

Selon l'invention, le dispositif de production d'énergie thermique pour installation de chauffage à fluides caloporteurs, liquides ou gazeux, fonctionnant en circuit fermé, se caractérise en ce qu'il se compose, en combinaison : a) d'un moyen de compression comprenant des éléments de compression, une chambre d'aspiration et une chambre de compression, d'un fluide compressible formé d'au moins deux composants pour le porter à une haute pression et le rendre caloporteur par transformation de l'énergie mécanique de compression en une énergie thermique, b) d'un moyen d'échange thermique entre le fluide comprimé à haute pression et chargé d'énergie thermique et le fluide potentiellement caloporteur de l'installation de chauffage à rechauffer en provoquant un abaissement de température du fluide

comprimé à haute pression et chaud, et une augmentation de la température du fluide de l'installation de chauffage rendu caloporteur par l'échange thermique c) d'un moyen d'abaissement de la pression du fluide comprimé à haute pression, après l'échange thermique pour le placer dans un état basse pression par détente, d) de moyens de séparation des composants du fluide haute pression refroidi puis détendu, et de récupération des composants séparés, e) des moyens de reconstitution du fluide à comprimer selon des quantités attachées à chacun des composants, f) des moyens d'introduction et de diffusion du fluide reconstitué à comprimer dans le moyen de compression, g) et d'un moyen d'entraînement des éléments de compression.

Description détaillée de l'invention L'invention sera mieux comprise grâce au schéma d'ensemble du dispositif illustré par la figure 1.

Le fluide compressible mis en oeuvre dans le cadre de l'invention est un mélange d'au moins deux composants : - le premier des composants présent dans le mélange à comprimer, à raison de 55 % à 80 % en volume, est un fluide gazeux qui peut tre un gaz naturel tel que de l'air, de l'azote, du C02, ou un gaz de synthèse adapté, pris seuls ou en mélange,

- le deuxième des composants présent dans le mélange à comprimer, à raison de 45 % à 20 % en volume, est une huile d'origine minérale ou organique susceptible de supporter des températures d'au plus 300 °C.

Ce fluide compressible peut également contenir divers agents ayant la propriété de renforcer la capacité à accumuler de l'énergie calorifique lors de la compression.

Le moyen de compression du fluide compressible ainsi défini est un compresseur (1), muni d'éléments de compression (2), en amont desquels se trouve une chambre d'aspiration (3) et en aval desquels se trouve une chambre de compression (4).

Le moyen de compression mis en oeuvre selon l'invention peut tre choisi préférentiellement dans le groupe des compresseurs du type à ailettes, ou à spirales.

Un moteur électrique (17) mono ou triphasé, de puissance électrique utile déterminée par le volume des locaux à chauffer, entraîne le moyen de compression.

La pression à laquelle le fluide compressible est porté est d'au plus 3. 106 Pascal, mais est préférentiellement comprise entre 106 Pascal et 2,5. 106 Pascal.

Le fluide comprimé à haute pression et chauffé par sa compression, sortant de la chambre de compression (4), entre en contact avec un échangeur thermique du type fluide comprimé chaud/gaz potentiellement caloporteur ou fluide comprimé chaud/liquide potentiellement caloporteur, l'échange thermique s'effectuant à la pression régnant dans la chambre de compression (4) et l'échangeur thermique (5), c'est-à-dire à une pression d'au plus 3. 106 Pascal.

A la sortie du moyen d'échange thermique, les fluides gazeux ou liquides chargés en calories délivrées par le fluide comprimé chaud lors d'échanges thermiques, sont utilisées dans les moyens de chauffage installés dans les locaux à chauffer, tels que par exemple, par circulation d'eau chaude dans des radiateurs, ou des faisceaux de tubes immergés dans une chape de béton, ou par air pulsé chaud.

Quant au fluide comprimé ayant cédé tout ou partie de ses calories par échange thermique, il est soumis à une détente contrôlée dans un moyen d'abaissement de pression réglable (6), le portant à un niveau de pression inférieur de 2 à 6 fois le niveau de pression régnant dans la chambre de compression.

Un tel moyen réglable pour abaisser la pression peut tre choisi parmi les systèmes connus et les plus sophistiqués, et en particulier pour les plus simples, les robinets à pointeau, des vannes à débits réglables par contrôle automatique au moyen de capteurs d'informations pilotés électroniquement.

Dès lors que la pression du fluide comprimé refroidi a été abaissée dans le moyen (6), ledit fluide est soumis à une séparation de ses composants dans la chambre de séparation (7).

Les composants séparés sont recueillis par les moyens de collectes (8) pour les composants gazeux compressibles, et par les moyens de collectes (9) pour les composants liquides huileux.

Ces moyens de collectes des composants du fluide compressible débouchent dans des moyens de dosage de chacun des constituants gazeux (10) et liquides (11), dont le réglage des débits permet la reconstitution du fluide à comprimer dans des éléments de compression (2), à partir

des quantités de l'un et l'autre composants libérés par les moyens de dosage (10) et (11).

La pression régnant en amont des moyens de dosage (10) et (11) est celle régnant dans le moyen de séparation (7), qui est la chambre de détente-séparation (7) tandis que la pression régnant en aval des moyens de dosage (10) et (11) est celle régnant dans la chambre d'aspiration (3) précédant les éléments de compression (2), cette pression en aval pouvant se situer dans un intervalle de pression compris entre-0,5. 105 Pascal à 3. 105 Pascal.

Les quantités respectives en volume des composants destinés à reconstituer le fluide compressible dans les éléments de compression (2) sont conduites séparément par aspiration au moyen des canalisations (12) et (13) dans un moyen de reconstitution du fluide à comprimer, ce moyen étant préférentiellement un mélangeur à multivoies (14).

A la sortie du mélangeur multivoies (14), le fluide recomposé à comprimer est introduit par la voie (15), dans la chambre d'aspiration (3) où il y est diffusé par un diffuseur (16), qui crée, dans la chambre d'aspiration (3), une suspension de micro-goutelettes du composant huileux dans le composant gazeux, avant d'tre aspiré et comprimé dans les éléments de compression (2), entraînés par le moteur électrique (17).

Dès lors que le volume utile du dispositif selon l'invention est défini, ce dispositif fonctionne en circuit fermé étanche avec un volume gazeux à comprimer qui reste constant. Toutefois, ce volume constant peut varier d'une installation à l'autre, selon l'importance de l'énergie thermique à fournir par le fluide comprimé.

L'invention concerne également un procédé de chauffage d'un fluide compressible destiné, après compression, à fournir de l'énergie thermique pour le chauffage de locaux individuels, collectifs ou industriels, par

l'intermédiaire d'un fluide liquide ou gazeux recevant des calories du fluide comprimé et chaud.

Le procédé selon l'invention, qui met en oeuvre les moyens techniques précédemment exposés, se caractérise en ce qu'il consiste : a) à comprimer un fluide compressible à une pression au plus égale à 3. 106 Pascal, dans une zone de compression, le fluide compressible étant formé d'au moins deux composants dont l'un gazeux est compressible, et l'autre est un accumulateur de calories, apportées par la transformation de l'énergie mécanique de compression en une énergie thermique, b) à faire céder par le fluide comprimé et chaud les calories qu'il a accumulées à un fluide liquide ou gazeux de plus basse température, pour transformer ledit fluide liquide ou gazeux en un fluide caloporteur, c) à abaisser la pression du fluide comprimé et refroidi par échange thermique à un niveau de pression inférieur de 2 à 6 fois à celui pratiqué dans la zone de compression du fluide comprimé, d) à séparer les composants du fluide refroidi et détendu, e) à reconstituer le fluide compressible par le mélange des composants séparés selon des quantités appropriées, en pourcentage en volume, pour chacun d'entre eux, et à soumettre à la compression le fluide compressible reconstitué par mélange.

Le fluide compressible est formé d'au moins deux constituants :

- l'un étant un gaz ou un mélange de gaz compressible (s), présent (s) à raison de 55 % à 80 % en volume, - l'autre étant une huile ou un mélange d'huile extrmement finement dispersé dans le volume gazeux, en formant une suspension de micro- goutelettes dans une matrice de gaz, présent à raison de 45 % à 20 % en volume, l'huile ayant la propriété d'accumuler les calories apportées par la compression du gaz et de restituer au moins pour partie ces calories accumulées lors de l'échange thermique suivant la compression du fluide.

Le constituant huileux du fluide compressible peut également contenir des agents divers tels que par exemple des agents ayant le pouvoir d'augmenter la capacité du fluide comprimé à accumuler des calories, puis à les restituer ultérieurement par échange thermique : ce constituant huileux est simultanément caloporteur et lubrifiant du moyen d'entraînement des éléments de compression.

Comme le dispositif permettant le développement du procédé selon l'invention fonctionne en continu et en circuit fermé : - la pression d'aspiration du fluide recomposé avant de le comprimer est comprise entre-0, 5. 105 Pascal et 3. 105 Pascal, - la pression de compression du fluide recomposé à comprimer peut atteindre 3. 106 Pascal et est préférentiellement comprise. entre 106 et 2, 5. 106 Pascal, cette pression étant également celle existante au moment de l'échange thermique, - la pression à laquelle est porté, par détente, le fluide comprimé et refroidi, est de 2 à 6 fois

inférieure à la pression de compression du fluide comprimé en vue de l'échange thermique.

Ainsi, le dispositif et le procédé selon l'invention apportent une solution intéressante par rapport aux autres types de chauffage, aussi bien sur les aspects économiques que de respect de l'environnement car : - sous l'aspect des frais de fonctionnement, dispositif et procédé selon l'invention apparaissent plus économiques, - sous l'aspect de l'environnement, dispositif et procédé selon l'invention ne rejettent aucun gaz dans l'atmosphère.

Exemple Le dispositif selon l'invention a été substitué pendant 30 jours, en période de froid (température externe nocturne comprise entre-11° et +1° C), à une chaudière à fioul d'une installation de chauffage central à radiateurs, à circulation d'eau chaude, dans une villa de 100 m2.

- Le moteur électrique (17) était un moteur triphasé de 4 KWh.

- Le fluide à comprimer était formé d'un mélange air/huile dans lequel : le volume d'air doit représenter 70 % en volume dudit mélange à comprimer, le volume d'huile (d'un grade 50) représentait 30 % en volume dudit mélange.

- Le compresseur (2) était un compresseur SCROLL qui a porté le fluide à comprimer à une pression de 16. 105 Pascal, dans la chambre de compression (4),

tandis que régnait dans la chambre d'aspiration (3) une pression de 1,5 105 Pascal.

A la sortie de la chambre de compression (4), le fluide comprimé et chaud passait dans un échangeur thermique à plaques (5), dans lequel circulait l'eau de l'installation de chauffage central. La différence de température de l'eau de l'installation de chauffage central entre l'entrée et la sortie de l'échangeur thermique (5) a varié dans un intervalle de 12°C à 30°C.

A la sortie du moyen d'échange thermique (5), la pression du fluide comprimé refroidi a été abaissée par détente à 5,5. 105 Pascal par l'intermédiaire du robinet à pointeau (6).

Le fluide refroidi maintenu sous la pression de 5,5. 105 Pascal, a été soumis à une opération de séparation, sous la pression de 5,5. 105 Pascal, dans la chambre de séparation (7), libérant une phase gazeuse (l'air), recueillie par la canalisation (. 8) et une phase liquide (l'huile), recueillie par la canalisation (9).

Les canalisations (8) et (9) sont munies de moyens (10) et (11) de dosage de chacun des composants (air et huile), séparés dans la chambre (7), et recueillis par les canalisations (8) et (9).

Ainsi, les quantités en volume (65 % d'air et 35 % d'huile) sont débitées par les moyens de dosage (10) et (11), la pression régnant en amont de ces moyens étant de 5,5. 105 Pascal, et en aval de ces moyens, étant de 1,5. 105 Pascal, pression régnant dans la chambre d'aspiration (3).

Les deux composants air et huile à débits réglés en volume ont été mélangés dans le mélangeur (14) à multivoies, puis le mélange sortant constituant le fluide à comprimer a été aspiré et dispersé dans la chambre d'aspiration (3) par le diffuseur (16).

La lubrification de l'arbre d'entraînement du compresseur était assurée par une circulation d'huile (18) provenant de la chambre de détente et de séparation (7).

Le dispositif de production d'énergie thermique selon l'invention a fonctionné ainsi en continu pendant 30 jours sans incident technique, la température étant maintenue à 20°C dans la villa de 100 m2.

La dépense en énergie de fonctionnement a été, pendant cette période, de 36,84 euros, soit une dépense annuelle de fonctionnement de environ 440 euros, alors que la dépense annuelle de fonctionnement au fioul aurait été de 910 euros.