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Title:
THERMO-ACOUSTIC CONVERTER AND ELECTRICAL ENERGY GENERATOR COMPRISING A THERMO-ACOUSTIC CONVERTER.
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/118861
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a thermo-acoustic converter comprising a hot source (1, 2, 7, 3) and a cold source, in which the hot source (1, 2, 7, 3) comprises a one piece metal component consisting of a cylindrical wall (1), heat pipes (2) incorporated into the cylindrical wall (1) and a transverse wall (7) which divides the cylindrical wall into a first cylindrical-wall part (1a) and a second cylindrical wall part (1b), the transverse wall (7), the first cylindrical-wall part and an additional wall (3) located facing the transverse wall (7) with respect to the first cylindrical-wall part (1a) delimiting a volume containing a heat source. The invention applies to the production of electricity (electricity generators, car motors, power stations, etc.).

Inventors:
CHAIX JEAN-EDMOND (FR)
Application Number:
PCT/EP2007/053638
Publication Date:
October 25, 2007
Filing Date:
April 13, 2007
Export Citation:
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Assignee:
TECHNICATOME (FR)
CHAIX JEAN-EDMOND (FR)
International Classes:
F02G1/04; F01P3/22; F28D15/02; H02K44/08
Foreign References:
US20030188541A12003-10-09
EP1367561A12003-12-03
DE19960966A12001-07-05
US5923104A1999-07-13
JPS6487861A1989-03-31
Attorney, Agent or Firm:
POULIN, Gérard (3 rue du Docteur Lancereaux, Paris, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1. Convertisseur thermo-acoustique comprenant une source chaude (1, 2, 7, 3), une source froide (9, 10, 11), un bloc (5) d'éléments thermiquement conducteurs espacés les uns des autres et fixés les uns aux autres, le bloc (5) étant situé entre la source chaude et la source froide de façon que s'établisse un gradient de température entre des premières extrémités des éléments thermiquement conducteurs et des deuxièmes extrémités des éléments thermiquement conducteurs situées à l'opposé des premières extrémités, et un fluide thermodynamique (F) qui emplit l'espace entre les éléments thermiquement conducteurs et un espace environnant les éléments thermiquement conducteurs de sorte que des ondes acoustiques s'établissent, dans le fluide thermodynamique qui emplit l'espace environnant les éléments thermiquement conducteurs, sous l'effet du gradient de température, caractérisé en ce que la source chaude comprend une pièce métallique monobloc constituée d'une paroi cylindrique (1) dans laquelle sont forés des caloducs (2) et d'une paroi transversale

(7) qui sépare la paroi cylindrique en une première partie (la) de paroi cylindrique et une deuxième partie (Ib) de paroi cylindrique, la paroi transversale (7), la première partie de paroi cylindrique et une paroi supplémentaire (3) située en regard de la paroi transversale (7) par rapport à la première partie (la) de paroi cylindrique délimitant un volume qui contient une source de chaleur.

2. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 1, dans lequel la source chaude comprend un bouclier thermique (4) inséré dans la deuxième partie de paroi cylindrique (Ib), au-delà d'une extrémité des caloducs (2), et qui isole thermiquement la source chaude de la source froide, le bouclier thermique (4) étant constitué d'une paroi ouverte par un trou débouchant dans lequel est placé le bloc (5) d'éléments thermiquement conducteurs, le fluide thermodynamique (F) emplissant l'espace situé entre la paroi transversale (7), la deuxième partie

(Ib) de paroi cylindrique et la structure constituée du bouclier thermique (4) et du bloc d'éléments thermiquement conducteurs (5) .

3. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le bloc d'éléments thermiquement conducteurs (5) est maintenu par une structure (6, Cm, bd) qui enserre le bloc d'éléments thermiquement conducteurs (5).

4. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 3, dans lequel la structure (6, Cm, bd) qui enserre le bloc d'éléments thermiquement conducteurs (5) se prolonge à l'intérieur de la paroi cylindrique (9) de la source froide par une paroi (P) qui forme une veine (V) dans laquelle les ondes acoustiques se propagent.

5. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 4, dans lequel la source froide comprend

une paroi cylindrique (9) reliée à la paroi cylindrique (1) de la source chaude et séparée de la paroi cylindrique de la source chaude par un revêtement thermiquement isolant (12).

6. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 5, dans lequel le revêtement thermiquement isolant (12) est un revêtement de céramique .

7. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, dans lequel un échangeur évaporateur (10) dans lequel circule un fluide thermodynamique est intégré dans la paroi (9) de la source froide.

8. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 7, dans lequel le fluide thermodynamique qui circule dans l' échangeur évaporateur (10) est de l'alcool ou du méthanol.

9. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une des revendications 7 ou 8 comprenant un échangeur condenseur (11) refroidi en convection naturelle par l'air ambiant.

10. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel la source froide comprend un ensemble de caloducs de refroidissement (q) répartis, sur la face intérieure de la paroi (P) qui délimite la veine (V) , entre une première de leur

extrémité et un premier point intermédiaire, des trous étant pratiqués dans la paroi (P) qui délimite la veine

(V) et dans la paroi (9) de la source froide pour permettre d'extraire les caloducs de refroidissement du convertisseur thermo-acoustique, les caloducs de refroidissement (q) étant introduits dans un radiateur

(Rd) entre un deuxième point intermédiaire et une deuxième de leur extrémité, opposée à leur première extrémité .

11. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 10, dans lequel les parties de caloducs de refroidissement (q) qui sont placées à l'intérieur de la veine (V) sont reliées par des ailettes (w) .

12. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les caloducs (2) contiennent un fluide thermodynamique.

13. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 12, dans lequel le fluide thermodynamique contenu dans les caloducs (2) est du sodium à la pression atmosphérique.

14. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications 12 ou 13, dans lequel l'intérieur les caloducs (2) est équipé d'un habillage permettant d'organiser des écoulements entre des zones d' évaporation et des zones de condensation du fluide thermodynamique qu'ils contiennent.

15. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le fluide thermodynamique qui emplit l'espace entre les éléments thermiquement conducteurs et un espace environnant les éléments thermiquement conducteurs est un métal alcalin fondu.

16. Convertisseur thermo-acoustique selon la revendication 15, dans lequel le métal alcalin fondu est du sodium fondu, de l'eutectique Na-K fondu ou du lithium fondu.

17. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel un calorifuge (13) entoure la source chaude et la source froide.

18. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le bloc (5) d'éléments thermiquement conducteurs est un ensemble de plaques thermiquement conductrices fixées les unes aux autres par soudure.

19. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel le bloc (5) d'éléments thermiquement conducteurs est une bobine (B) faite d'un feuillard plissé (fp) et d'un feuillard lisse (fl) enroulés l'un dans l'autre.

20. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes dans

lequel une enceinte de sécurité permet de récupérer une fuite du fluide thermodynamique qui emplit l'espace entre les plaques et l'espace environnant les plaques et de détruire ladite fuite au moyen d'un dispositif de neutralisation pré-installé dans un appendice froid du convertisseur .

21. Convertisseur thermo-acoustique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la paroi supplémentaire (3) est un hublot transparent à la lumière, de sorte que la source de chaleur constitue un four solaire dès lors que la lumière (L) du soleil traverse la paroi supplémentaire (3) .

22. Générateur d'énergie électrique comportant un convertisseur thermo-acoustique qui produit des ondes acoustiques à partir d'un gradient de chaleur et un convertisseur magnétohydrodynamique qui produit de l'électricité à partir des ondes acoustiques stationnaires créées par le convertisseur thermoacoustique, caractérisé en ce que le convertisseur thermo-acoustique est un convertisseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 21.

23. Générateur d'énergie électrique selon la revendication 22, dans lequel le convertisseur magnétohydrodynamique comprend : - une veine (V) dans laquelle oscillent les ondes acoustiques, - un circuit magnétique (Al, Cl, A2, C2) capable de faire régner dans la veine (V) un champ magnétique

perpendiculaire à la direction d'écoulement des ondes acoustiques,

- deux électrodes (El, E2) situées de part et d'autre de la veine (V) , électriquement isolées de la veine (V) et alignées selon un axe perpendiculaire à la direction d'écoulement des ondes acoustiques et à la direction du champ magnétique, et

- deux câbles collecteurs (kl, k2) électriquement isolés de la veine (V) et reliés, respectivement, aux deux électrodes (El, E2) .

24. Générateur d'énergie électrique selon la revendication 23, dans lequel les électrodes (El, E2) sont des blocs prismatiques de métal amagnétique et sont électriquement isolées de la veine (V) par des dépôts de céramique (dl, d2) qui enrobent les électrodes .

25. Générateur d'énergie électrique selon la revendication 22, dans lequel le convertisseur magnéto- hydro-dynamique comprend :

- une veine (V) dans laquelle oscillent les ondes acoustiques,

- des capteurs à induction (16) et une chaîne de mesure (17) qui déterminent la pulsation (ω) et la vitesse de déplacement par rapport au temps (v(t)) des ondes acoustiques,

- un processeur (18) qui génère une information de commande (I) à partir des mesures de pulsation et de vitesse de déplacement,

- un générateur de courant (19) commandé par l'information de commande (I), et

- un ensemble de bobines (20) situées de part et d'autres de la veine (V) et reliées au générateur de courant .

26. Centrale électrique qui comprend un générateur d'électricité, caractérisé en ce que le générateur d'électricité est un générateur (21) selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, dans le cas où le convertisseur thermo-acoustique est un convertisseur selon la revendication 21, et en ce qu'elle comprend une parabole (22) de concentration de la lumière solaire, le hublot (3) de la source de chaleur étant alors positionné sensiblement au niveau de la zone focale de la parabole de concentration.

27. Centrale électrique selon la revendication 26 qui comprend un dispositif de stockage d'énergie (23) .

Description:

CONVERTISSEUR THERMO-ACOUSTIQUE ET

GéNéRATEUR D'éNERGIE éLECTRIQUE COMPRENANT UN

CONVERTISSEUR THERMO-ACOUSTIQUE

Domaine technique et art antérieur

L' invention concerne un convertisseur thermoacoustique. L'invention concerne également un générateur d'énergie électrique qui comprend un convertisseur thermo-acoustique selon l'invention ainsi qu'une centrale électrique qui comprend un générateur d'énergie électrique selon l'invention.

De façon générale, un générateur d'énergie électrique selon l'invention peut être utilisé dans de nombreuses applications (moteurs de voitures, générateurs d'électricité embarqués, centrales électriques, etc.).

La centrale électrique de l'invention est destinée à équiper, par exemple, des sites isolés et/ou des zones désertiques. Les dispositifs de conversion thermo-acoustique qui génèrent des ondes acoustiques, couplés à des étages qui convertissent l'énergie mécanique des ondes acoustiques en énergie électrique font actuellement l'objet de travaux dans un certain nombre de laboratoires de recherche. Les dispositifs connus à ce jour utilisent, outre le phénomène connu de la conversion thermo-acoustique, des convertisseurs qui intègrent des pièces en mouvement ou des membranes métalliques vibrantes, voire une association des deux. Une utilisation répétée de telles structures conduit à

une réduction très importante de leur fiabilité et complique très fortement leur maintenance industrielle.

Le convertisseur thermo-acoustique de l'invention et le générateur d'énergie électrique de l'invention ne présentent pas ces inconvénients.

Exposé de l'invention

En effet, l'invention concerne un convertisseur thermo-acoustique comprenant une source chaude, une source froide, un bloc d'éléments thermiquement conducteurs espacés les uns des autres et fixés les uns aux autres, le bloc étant situé entre la source chaude et la source froide de façon que s'établisse un gradient de température entre des premières extrémités des éléments thermiquement conducteurs et des deuxièmes extrémités des éléments thermiquement conducteurs situées à l'opposé des premières extrémités, et un fluide thermodynamique qui emplit l'espace entre les éléments thermiquement conducteurs et un espace environnant les éléments thermiquement conducteurs de sorte que des ondes acoustiques s'établissent, dans le fluide thermodynamique qui emplit l'espace environnant les éléments thermiquement conducteurs, sous l'effet du gradient de température, caractérisé en ce que la source chaude comprend une pièce métallique monobloc constituée d'une paroi cylindrique dans laquelle sont forés des caloducs et d'une paroi transversale qui sépare la paroi cylindrique en une première partie de paroi cylindrique et une deuxième partie de paroi cylindrique, la paroi transversale, la première partie de paroi cylindrique et une paroi supplémentaire située

en regard de la paroi transversale par rapport à la première partie de paroi cylindrique délimitant un volume qui contient une source de chaleur.

Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la source chaude comprend un bouclier thermique inséré dans la deuxième partie de paroi cylindrique, au-delà d'une extrémité des caloducs, et qui isole thermiquement la source chaude de la source froide, le bouclier thermique étant constitué d'une paroi ouverte par un trou débouchant dans lequel est placé le bloc d'éléments thermiquement conducteurs, le fluide thermodynamique emplissant l'espace situé entre la paroi transversale, la deuxième partie de paroi cylindrique et la structure constituée du bouclier thermique et du bloc d'éléments thermiquement conducteurs .

Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, le bloc d'éléments thermiquement conducteurs est maintenu par une structure qui enserre le bloc d'éléments thermiquement conducteurs.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la structure qui enserre le bloc d'éléments thermiquement conducteurs se prolonge dans la source froide par une paroi qui forme une veine dans laquelle les ondes acoustiques se propagent.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la source froide comprend une paroi cylindrique reliée à la paroi cylindrique de la source chaude et séparée de la paroi cylindrique de la source chaude par un revêtement thermiquement isolant.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le revêtement thermiquement isolant est un revêtement de céramique.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, un échangeur évaporateur dans lequel circule un fluide thermodynamique est intégré dans la paroi de la source froide.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le fluide thermodynamique qui circule dans l' échangeur évaporateur est de l'alcool ou du méthanol .

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la source froide comprend un échangeur condenseur refroidi en convection naturelle par l'air ambiant.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, la source froide comprend un ensemble de caloducs de refroidissement répartis, sur la face intérieure de la paroi qui délimite la veine, entre une première de leur extrémité et un premier point intermédiaire, des trous étant pratiqués dans la paroi qui délimite la veine et dans la paroi de la source froide pour permettre d' introduire les caloducs de refroidissement du convertisseur thermo-acoustique, les caloducs de refroidissement étant soudés sur un radiateur entre un deuxième point intermédiaire et une deuxième de leur extrémité, opposée à leur première extrémité .

Selon une caractéristique supplémentaire du deuxième mode de réalisation de l'invention, les parties de caloducs de refroidissement qui sont placées

à l'intérieur de la veine sont reliées par des ailettes .

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les caloducs de la source chaude contiennent un fluide thermodynamique.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le fluide thermodynamique contenu dans ces caloducs est du sodium à la pression atmosphérique. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, l'intérieur les caloducs est équipé d'un habillage permettant d'organiser des écoulements entre des zones d' évaporation et des zones de condensation du fluide thermodynamique qu' ils contiennent . Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le fluide thermodynamique qui emplit l'espace entre les éléments thermiquement conducteurs et un espace environnant les éléments thermiquement conducteurs est un métal alcalin fondu. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le métal alcalin fondu est du sodium fondu, de l'eutectique Na-K fondu ou du lithium fondu.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, un calorifuge entoure la source chaude et la source froide.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, le bloc d'éléments thermiquement conducteurs est un ensemble de plaques thermiquement conductrices fixées les unes aux autres par soudure. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le bloc d'éléments thermiquement

conducteurs est une bobine faite d'un feuillard plissé et d'un feuillard lisse enroulés l'un dans l'autre.

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, une enceinte de sécurité permet de récupérer une fuite du fluide thermodynamique qui emplit l'espace entre les plaques et l'espace environnant les plaques et de détruire ladite fuite au moyen d'un dispositif de neutralisation pré-installé dans un appendice froid de la dite enceinte. Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, la paroi supplémentaire est un hublot transparent à la lumière, de sorte que la source de chaleur constitue un four solaire dès lors que la lumière du soleil traverse la paroi supplémentaire. L'invention concerne également un générateur d'énergie électrique comportant un convertisseur thermo-acoustique qui produit des ondes acoustiques à partir d'un gradient de chaleur et un convertisseur magnétohydrodynamique qui produit de l'électricité à partir des ondes acoustiques créées par le convertisseur thermo-acoustique, caractérisé en ce que le convertisseur thermo-acoustique est un convertisseur thermiquement d'énergie thermique en énergie mécanique selon l'invention. Selon une autre caractéristique de l'invention, le convertisseur magnétohydrodynamique comprend :

— une veine dans laquelle oscillent les ondes acoustiques,

- un circuit magnétique capable de faire régner dans la veine un champ magnétique perpendiculaire à la direction d'écoulement des ondes acoustiques,

- deux électrodes situées de part et d'autre de la veine, électriquement isolées de la veine et alignées selon un axe perpendiculaire à la direction d'écoulement des ondes acoustiques et à la direction du champ magnétique, et

- deux câbles collecteurs électriquement isolés de la veine et reliés, respectivement, aux deux électrodes .

Selon une autre caractéristique supplémentaire de l'invention, les électrodes sont des blocs prismatiques de métal amagnétique et sont électriquement isolées de la veine par des dépôts de céramique qui enrobent les électrodes.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le convertisseur magnéto-hydro-dynamique comprend :

- une veine dans laquelle oscillent les ondes acoustiques,

- des capteurs à induction et une chaîne de mesure qui déterminent la pulsation et la vitesse de déplacement par rapport au temps des ondes acoustiques,

- un processeur qui génère une information de commande à partir des mesures de pulsation et de vitesse de déplacement,

- un générateur de courant commandé par l'information de commande, et

- un ensemble de bobines situées de part et d'autres de la veine et reliées au générateur de courant. L'invention concerne également une centrale électrique qui comprend :

- un générateur d'électricité selon l'invention, dans le cas où le convertisseur thermo-acoustique est un convertisseur équipé d'un four solaire avec hublot, et - une parabole de concentration de la lumière solaire, le hublot étant alors positionné sensiblement au niveau de la zone focale de la parabole de concentration.

Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, la centrale électrique comprend un dispositif de stockage d'énergie.

Un générateur d'énergie électrique selon l'invention produit de l'électricité à partir de chaleur de façon uniquement statique, sans pièce en mouvement. Il intègre un certain nombre de composants et de technologie dont l'agencement judicieux permet un fonctionnement fiable et de longue durée.

Un générateur d'énergie électrique conforme à l'invention a, par exemple, une capacité de production d'environ 20KW d'électricité basse tension (220V/50Hz) . Dans le cas où le dispositif d'énergie électrique comprend un dispositif d'accumulation d'énergie, il est avantageusement possible de générer de l'énergie en l'absence de rayonnement solaire.

Brève description des figures

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture d'un mode de réalisation préférentiel fait en référence aux figures jointes, parmi lesquelles :

- la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un générateur d'énergie électrique selon l'invention ;

- la figure 2A représente une vue en coupe longitudinale de la source chaude d'un convertisseur thermo-acoustique selon l'invention;

- les figures 2B et 2C représentent deux vues en coupe transversale de la source chaude représentée en figure 2A ; - la figure 3 représente une vue 3D en perspective d'une pièce métallique monobloc qui contribue à la réalisation de la source chaude de 1' invention ;

- les figures 4A-4C représentent des vues d'une pièce mécanique apte à générer des ondes acoustiques dans un fluide thermodynamique selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;

- la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une source froide du convertisseur thermo-acoustique selon 1' invention ;

- les figures 6A et 6B représentent, respectivement, une vue en coupe longitudinale et une vue en coupe transversale d'une source froide selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

- les figures 7A et 7B représentent, respectivement, une vue en coupe transversale et une vue en coupe longitudinale d'un convertisseur magnétohydrodynamique selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

- les figures 8A-8B représentent un montage de raccords diélectriques étanches pouvant être utilisés dans le cadre de l'invention ;

- la figure 9 représente un convertisseur magnétohydrodynamique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;

- la figure 10 représente un exemple de centrale électrique qui comprend un générateur d'énergie électrique selon l'invention.

Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention

Le générateur d'électricité selon l'invention comprend un convertisseur thermo-acoustique CTA qui produit des ondes acoustiques à partir de chaleur et un convertisseur magnétohydrodynamique CMHD qui produit de l'électricité à partir des ondes acoustiques générées par le convertisseur thermo-acoustique (cf. figure 1).

Le convertisseur thermo-acoustique comprend une source chaude (cf. figures 2A, 2B et 3) et une source froide (cf. figures 5 et 6A-6B) . La source chaude comprend :

— une pièce métallique monobloc constituée d'une paroi cylindrique 1 dans laquelle sont forés des caloducs 2 et d'une paroi transversale 7 qui sépare la paroi cylindrique 1 en une première partie de paroi cylindrique la et une deuxième partie de paroi cylindrique Ib,

- un hublot 3, et - un bouclier thermique 4 dans lequel est inséré un bloc 5 d'éléments thermiquement conducteurs apte à

générer des ondes acoustiques dans un fluide thermodynamique sous l'effet d'un gradient de pression .

L'ensemble constitué de la paroi transversale 7, de la première partie de paroi cylindrique la et du hublot 3 constitue un four solaire dans lequel convergent des rayons lumineux L. Les rayons lumineux L pénètrent dans le four solaire par le hublot 3.

L'espace situé au-delà de la paroi 7, du côté de la deuxième partie de paroi cylindrique Ib, contient un fluide thermodynamique sous pression F qui est également présent dans l'ensemble de la source froide, au-delà de l'ensemble constitué du bouclier thermique 4 et du bloc 5. Le fluide thermodynamique sous pression F est préférentiellement un métal alcalin fondu tel que, par exemple, du sodium fondu, de l'eutectique Na-K fondu ou du lithium fondu.

Les caloducs 2 forés dans la paroi 1 ont préférentiellement une forme de tube dont l'axe est sensiblement parallèle à l'axe du cylindre que constitue la paroi 1. Les caloducs s'étendent de part et d'autre de la paroi 7 et sont distribués, préférentiellement, de manière uniforme sur la paroi cylindrique 1. La pièce métallique monobloc constituée de la paroi cylindrique 1 dans laquelle sont forés les caloducs 2 et de la paroi transversale 7 est préférentiellement réalisée en Inconel 601. A titre d'exemple non limitatif, le diamètre interne D et la longueur L de la pièce métallique monobloc sont respectivement égaux à 300mm et 400mm. Le diamètre d des caloducs est, par exemple, égal à 25mm.

Les caloducs 2 ont pour fonction de transporter la chaleur émise par le four solaire vers le liquide thermodynamique sous pression F qui est contenu dans le volume défini par la paroi 7, la deuxième partie de paroi cylindrique Ib et l'ensemble que constitue le bouclier thermique 4 et le bloc 5. Les caloducs 2 contiennent un fluide thermodynamique tel que, par exemple, du sodium à la pression atmosphérique. De façon préférentielle, l'intérieur des caloducs 2 est équipé d'un habillage permettant d'organiser des écoulements du fluide thermodynamique qu' ils contiennent entre des zones d' évaporation et de condensation .

Le bloc 5 d'éléments thermiquement conducteurs peut être réalisé de différentes manières. Il peut être constitué, par exemple, d'un bloc de plaques parallèles espacées les unes des autres et fixées les unes aux autres, par exemple par soudure (cf. figures 2A et 2C) . Les plaques peuvent être métalliques ou non. Un tel bloc de plaques, communément appelé « stack », est maintenu en position par un panier 6 dont la prolongation, du côté de la source froide, forme une veine V qui constitue un canal pour la propagation des ondes acoustiques (cf. figure 1) . Les plaques ont, par exemple, une épaisseur de 0,7mm et sont espacées, par exemple, de 0,7 à lmm.

Selon une variante de l'invention, l'efficacité des échanges thermiques peut être augmentée par l'adjonction d'ailettes 8 usinées dans la masse qui relient les caloducs 2 au panier 6 (cf. figure 2C) .

Selon un autre mode de réalisation, le bloc 5 est constitué d'une bobine B dont les spires sont espacées les unes des autres (cf. figures 4A-4C) . La bobine B est montée dans une ceinture métallique Cm entourée d'une bague diélectrique bd. La ceinture Cm et la bague diélectrique bd ont la même fonction que le panier 6 mentionné précédemment. Selon le mode de réalisation préférentiel, la bobine B est réalisée à l'aide d'un feuillard plissé fp et d'un feuillard lisse fl qui sont enroulés, l'un dans l'autre, autour d'un noyau N. Ce sont alors les plis du feuillard plissé fp qui éloignent les spires les unes des autres. La bobine B est montée dans le convertisseur CTA de telle sorte que son axe soit sensiblement parallèle à l'axe des parois cylindriques du convertisseur. Le feuillard plissé est mis en forme de façon connue en soi par le passage d'une feuille métallique entre deux rouleaux dont les surfaces portent les formes du plissé respectivement en bosses et en creux. A titre d'exemple non limitatif, un feuillard a une épaisseur ep égale, par exemple, à 0,7mm. Le creux cr d'un pli de feuillard plissé fp est, par exemple, sensiblement égal à 0,7mm. Les surfaces des feuillards peuvent être traitées en surface par des dépôts métalliques ou céramiques ou recevoir des corrugations .

Du point le plus chaud de la source chaude au point le plus froid de la source froide, le convertisseur constitue une capacité sous pression. A titre d'exemple non limitatif, selon l'invention, cette capacité sous pression peut avantageusement résister, à son extrémité la plus chaude, à une pression de 200

bars et à une température de 1000 0 K. La position géométrique du bloc 5 est définie, dans la capacité sous pression, pour que des ondes de pression soient générées quand les extrémités des éléments thermiquement conducteurs qui le constituent sont soumises à une différence de température.

La figure 5 représente un premier mode de réalisation de source froide du convertisseur thermoacoustique de l'invention. La source froide comprend : a) un tube cylindrique creux 9 dans lequel est intégré un échangeur évaporateur 10 équipé de caloducs, et b) un échangeur condenseur 11 disposé en périphérie du convertisseur magnetohydrodynamique CMHD et dans lequel pénètrent les caloducs de l' échangeur évaporateur 10.

Un fluide thermodynamique parcourt l' échangeur évaporateur 10. Le tube cylindrique creux 9 dans lequel est intégré l' échangeur évaporateur 10 a une paroi latérale montée dans le prolongement de la paroi latérale de la source chaude. Une pièce ou un revêtement thermiquement isolant 12, par exemple de la céramique ou de l'alumine, sépare les parois latérales des sources chaude et froide afin d'établir une isolation thermique entre les deux parois. La zone froide du convertisseur 11 est maintenue à une température souhaitée par l' échangeur évaporateur 10 intégré dans la paroi du tube et dont le fluide thermodynamique se vaporise préférentiellement à basse pression et, par exemple, à une température de 80 0 C. La source froide est ainsi réalisée par la coopération de

l'échangeur évaporateur avec le condenseur refroidi par l'air ambiant en convection naturelle.

Le fonctionnement du système nécessite de limiter les pertes thermiques par convection à l'extérieur de la partie chaude du module : c'est le rôle du calorifuge 13 disposé tout autour du convertisseur thermo-acoustique CTA. Un bon fonctionnement du système nécessite aussi que le bloc 5 ne soit pas bipassée par un flux de chaleur qui diminuerait le rendement. Ce flux de bipasse est limité, d'une part, par le bouclier thermique 4 qui bloque la convection dans le métal liquide vers la source froide et, d'autre part, par le joint ou le revêtement thermiquement isolant 12. Comme cela a déjà été mentionné précédemment, le panier de positionnement 6 du bloc 5 se prolonge dans la zone froide du convertisseur thermo-acoustique sous la forme d'une veine V. Le panier de positionnement 6 et la veine V ont pour fonction de maintenir le bloc 5 en position, de servir de guide aux ondes acoustiques et de supporter le bouclier thermique 4 qui limite le bipasse thermique du bloc 5.

Quand le générateur d'énergie électrique passe de la température ambiante à ses conditions de fonctionnement, le fluide thermodynamique qui emplit le dispositif fond et se dilate. Un volume de gaz neutre disposé à la partie extrême de la source froide permet avantageusement une certaine expansion du fluide thermodynamique et le réglage de la pression de fonctionnement par le volume qui lui est consacré.

Dans un appendice froid de la partie inférieure du générateur d'énergie électrique est prépositionné un volume d'un liquide apte à détruire le fluide thermodynamique qui s'échapperait de la capacité sous pression avec une cinétique modérée (non représenté sur la figure) .

Les figures 6A et 6B représentent, respectivement, une vue en coupe longitudinale et une vue en coupe transversale d'une source froide selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Un ensemble de caloducs q, par exemple des caloducs à alcool, sont ici placés, en partie, sur une fraction de la longueur de la paroi intérieure qui délimite la veine V. Les caloducs q sont préférentiellement répartis uniformément sur la fraction de paroi intérieure. Des trous alignés pratiqués dans la paroi de la veine V et dans la paroi 9 permettent d'extraire les caloducs q du convertisseur CTA. Des éléments d'étanchéité Xl, X2 isolent thermiquement la paroi 9 de l'extérieur au niveau des trous d'extraction des caloducs q. Les caloducs q, une fois extraits du convertisseur CTA, pénètrent dans un radiateur à ailettes Rd. Selon un perfectionnement du deuxième mode de réalisation de la source froide de l'invention, les caloducs q sont reliés par des ailettes w à l'intérieur de la veine V (cf. figure 6B) .

Le convertisseur magnétohydrodynamique CMHD placé dans la partie froide du générateur permet de convertir les ondes acoustiques en courant électrique alternatif. Un premier exemple de convertisseur

magnétohydrodynamique CMHD est représenté sur les figures 7A et 7B.

La figure 7A est une vue en coupe transversale du convertisseur CMHD et la figure 7B en est une vue en coupe longitudinale.

Le convertisseur comprend, dans une jupe de maintien J :

- une fraction de la veine V dans laquelle le fluide thermodynamique F oscille autour d'une position médiane en ondes stationnaires,

- un circuit magnétique (Al, Cl, A2, C2) capable de générer dans la fraction de veine V un champ magnétique B perpendiculaire à la direction d'écoulement oscillant des ondes stationnaires et d'intensité comprise, par exemple, entre 1 et 2 Tesla, et

- deux électrodes El, E2 alignées selon un axe perpendiculaire à la direction de l'écoulement oscillant et à la direction du champ magnétique B . Le circuit magnétique est constitué de deux aimants permanents Al, A2 dont les flux se rebouclent par l'intermédiaire de deux circuits magnétiques feuilletés Cl, C2 en forme de demi tore. Le métal qui constitue les circuits magnétiques Cl et C2 est préférentiellement à haute perméabilité magnétique. La paroi P de la veine V est de faible épaisseur et est constituée d'un métal amagnétique, par exemple inconel ou hastelloy. La paroi P permet ainsi de laisser passer le flux magnétique sans le dévier. Les électrodes El et E2 sont constituées de blocs prismatiques de métal amagnétique et sont

électriquement isolées de la veine V par les dépôts de céramique respectifs dl et d2 qui les enrobent. Des câbles collecteurs kl et k2, électriquement isolés de la veine V, sont électriquement reliés aux électrodes respectives El et E2.

Les figures 8A et 8B représentent un montage possible du raccord diélectrique étanche qui enrobe le contact électrique entre une électrode Ei (i=l, 2) et le conducteur ki . L'extrémité 14 du conducteur ki vient appuyer sur le bloc prismatique qui constitue l'électrode Ei. L'élément diélectrique di est soudé sur le conducteur ki par une brasure 15. On peut segmenter une même électrode en multipliant les conducteurs (cf. figure 8B). Une segmentation de l'électrode présente l'avantage de pouvoir augmenter la tension en mettant les couples d'électrodes en série.

Afin de tenir une pression interne dans la veine égale, par exemple, à 200 bars, les circuits magnétiques Cl, C2, les aimants permanents Al, A2, les électrodes El, E2 et les conducteurs de sortie kl, k2 sont noyés dans une matrice de mousse syntactique M qui transmet les efforts de pression à la jupe de maintien J (cf . figure 7A) . La figure 9 représente un convertisseur magnétohydrodynamique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.

Deux capteurs à induction 16 sont reliés à une chaîne de mesures 17 qui détermine la pulsation ω et la vitesse v(t) de déplacement en fonction du temps de la lame de fluide thermodynamique qui oscille. A partir de

ces mesures, un processeur rapide 18 génère une information de commande I qui pilote un générateur de courant 19. Le générateur de courant 19 est relié à des bobines 20. Les courants induits dans les bobines 20 créent dans la veine V un champ magnétique oscillant B déphasé par rapport à la vitesse v(t) . Ce procédé de commande de bobines est analogue à celui utilisé dans les amortisseurs magnétiques actifs.

La figure 10 représente un exemple de centrale électrique qui comprend un générateur d'électricité selon l'invention.

La centrale électrique comprend essentiellement un générateur électrique selon l'invention 21 et une parabole 22 de concentration de la lumière solaire. Le hublot du générateur électrique 21 est positionné sensiblement au niveau de la zone focale de la parabole de concentration. La parabole de concentration 22 a, par exemple, une surface d'environ 100m 2 et concentre 50 à 80 KW d'énergie thermique à environ 1000 0 K sur la chaudière de son foyer. Selon un perfectionnement de l'invention, la centrale électrique comprend un dispositif 23 de stockage de l'énergie (batterie, réservoir d'hydrogène, etc.) qui, lorsqu'il est relié à la source chaude du convertisseur thermo-acoustique, permet la génération d'énergie en l'absence de rayonnement solaire.




 
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