FR2973841A1 - Installation de conversion d'energie thermique en energie electrique - Google Patents

Abstract

Le convertisseur d'énergie cinétique à partir d'un jet formé d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température comprend : - au moins un injecteur (20) du jet à partir d'au moins une source de fluide caloporteur (2) et de gaz à haute température (4), - une roue à action (42) montée en rotation solidaire d'un arbre (44) s'étendant selon un axe (B) sensiblement perpendiculairement à l'injecteur (20), ladite roue (42) comprenant une pluralité d'aubes asymétriques (46), le jet étant injecté sur lesdites aubes (46) de sorte à entraîner l'arbre (44) en rotation et à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation de l'arbre (44), et - une cuve (36) entourant ladite roue à action (42), ladite cuve (36) s'étendant sensiblement selon l'axe (B) de la roue à action (42). Le convertisseur d'énergie comprend au moins un déflecteur (56) s'étendant sous les aubes (46), ledit déflecteur (56) présentant une forme agencée pour récupérer le mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action (42) et rediriger ledit mélange selon une direction sensiblement tangentielle à la paroi (40) de la cuve (36), ladite paroi (40) étant agencée pour imprimer un effet cyclone audit mélange de sorte à séparer le fluide caloporteur du gaz à haute température, la cuve (36) comprenant des moyens de récupération (66, 68) du fluide caloporteur et du gaz à haute température.

Description

Installation de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique La présente invention concerne un convertisseur d'énergie cinétique à partir d'un jet formé d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température, du type comprenant - au moins un injecteur du jet à partir d'au moins une source de fluide caloporteur 5 et de gaz à haute température, - une roue à action montée en rotation solidaire d'un arbre s'étendant selon un axe sensiblement perpendiculairement à l'injecteur, ladite roue comprenant une pluralité d'aubes asymétriques, le jet étant injecté sur lesdites aubes de sorte à entraîner l'arbre en rotation et à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation 10 de l'arbre , - une cuve entourant ladite roue à action, ladite cuve s'étendant sensiblement selon l'axe de la roue à action. L'invention concerne également une installation de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique comprenant un tel convertisseur. 15 L'invention est plus particulièrement orientée vers les installations dites « en site isolé » permettant de fournir de l'énergie électrique et de l'énergie thermique à partir de l'énergie solaire. De telles installations comprennent par exemple une turbine entraînée en rotation par un mélange de deux fluides, un fluide caloporteur et un fluide thermodynamique. Le 20 mélange des deux fluides se fait par exemple dans une tuyère dans laquelle le fluide thermodynamique est vaporisé sous l'effet du fluide caloporteur chauffé et s' expanse, ce qui crée un jet diphasique à haute vitesse. Ce jet est injecté sur des aubes qu'il entraîne en rotation de sorte à produire de l'énergie mécanique en entraînant la rotation d'un arbre connecté à la turbine. La turbine fonctionne ainsi comme un convertisseur de l'énergie 25 cinétique du jet en énergie cinétique de rotation, qui peut par exemple être utilisée pour entraîner en rotation un alternateur produisant de l'énergie électrique. Dans certaines applications, la turbine est par exemple une turbine Pelton. Dans la turbine, le fluide thermodynamique et te fluide caloporteur sont séparés sous l'effet de la force centrifuge et de la gravité afin d'être récupérés et réutilisés pour 30 former le jet diphasique. Afin qu'une telle installation fonctionne de façon correcte et optimale, il faut que le fluide caloporteur et le fluide thermodynamique soient séparés de façon optimale, par exemple à plus de 98%. L'utilisation d'une turbine Pelton classique n'est pas satisfaisante pour obtenir une telle séparation des fluides du jet diphasique. Dans une telle turbine, le jet est injecté 35 selon l'axe de symétrie des aubes de la roue à action de la turbine. Ces aubes ont pour effet de stratifier le jet par effet de centrifugation, ce qui permet de faciliter la séparation des fluides. Cependant, le trajet du jet dans les aubes, avant de sortir de la roue à action, est insuffisant pour séparer complètement les fluides et le mélange en sortie de roue est toujours riche en gaz. La turbine baigne donc dans un brouillard de fluide caloporteur et de fluide thermodynamique qui est brassé par la roue à action. La vapeur de fluide thermodynamique est alors très difficile à extraire et nécessite souvent l'ajout d'un séparateur centrifuge supplémentaire en sortie de roue, ce qui complexifie le système. En outre, la turbine Pelton est montée dans la cuve sur des roulements à billes qui baignent dans le mélange à haute température du fluide caloporteur et du fluide thermodynamique. Les roulements ne sont pas adaptés à un fonctionnement à haute température et pour une roue à action tournant à grande vitesse,et ont durée de vie très faible Pour pallier cet inconvénient, les roulements à billes peuvent être montés dans des boîtiers disposés à l'extérieur du corps du convertisseur contenant la turbine, l'arbre de la roue passant alors par un joint tournant pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur du convertisseur et l'extérieur. Cependant, de tels joints ne permettent pas de garantir une étanchéité parfaite et sont susceptibles d'avoir des fuites, ce qui est très dangereux car le fluide caloporteur peut s'enflammer spontanément au contact de l'air. L'un des buts de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un convertisseur d'énergie cinétique permettant de fonctionner de façon optimale avec un jet formé d'un mélange d'un fluide caloporteur et d'un gaz à haute température en assurant une bonne séparation du fluide caloporteur et du gaz et en garantissant un fonctionnement sûr du convertisseur. A cet effet, l'invention concerne un convertisseur du type précité, dans lequel le convertisseur comprend au moins un déflecteur s'étendant sous les aubes, ledit déflecteur présentant une forme agencée pour récupérer le mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action et rediriger ledit mélange selon une direction sensiblement tangentielle à la paroi de la cuve, ladite paroi étant agencée pour imprimer un effet cyclone audit mélange de sorte à séparer le fluide caloporteur du gaz à haute température, la cuve comprenant des moyens de récupération du fluide caloporteur et du gaz à haute température. Le déflecteur en sortie de roue permet de maintenir la stratification du mélange en sortie de roue et d'éviter la formation de brouillard, ce qui permet de faciliter la séparation des fluides du mélange. En outre, l'effet cyclone imprimé au mélange permet cette séparation qui se fait alors de façon optimale.

Selon d'autres aspects du convertisseur d'énergie cinétique : - le déflecteur comprend au moins une ouverture d'entrée du mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action, ladite ouverture s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de la roue à action, et une ouverture de sortie du mélange, ladite ouverture s'étendant au voisinage de la paroi de la cuve et dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de l'ouverture d'entrée, ladite ouverture d'entrée et ladite ouverture de sortie étant reliées l'une à l'autre par une enveloppe présentant une forme courbe ; - le déflecteur comprend au moins deux ouvertures d'entrée et au moins deux ouvertures de sortie correspondantes, lesdites ouvertures étant séparées par au moins une paroi interne s'étendant dans l'enveloppe sensiblement parallèlement à celle-ci de sorte à définir au moins deux canaux de circulation dans ladite enveloppe ; - le convertisseur d'énergie comprend une pluralité d'injecteurs de jets formés d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température et un nombre égal de déflecteurs s'étendant sous les aubes de la roue à action ; - les aubes présentent chacune une concavité asymétrique par rapport à un axe sensiblement perpendiculaire au fond de ladite concavité, l'aube comprenant une partie supérieure et une partie inférieure s'étendant de part et d'autre de l'axe, le rayon de courbure de la partie supérieure étant différent du rayon de courbure de la partie inférieure ; - l'injecteur est agencé pour injecter le jet sur la partie supérieure des aubes ; - la cuve comprend un fond de forme sensiblement tronconique, les moyens de récupération du fluide caloporteur étant agencés dans ledit fond, et une paroi de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir du fond selon l'axe de la roue à action ; - l'arbre de la roue est monté sur le fond de la cuve par l'intermédiaire d'au moins un palier à butée lisse de type hydrodynamique de sorte à permettre la rotation de l'arbre par rapport à la cuve ; - le convertisseur d'énergie comprend une enceinte étanche et calorifugée entourant la cuve et l'arbre de la roue à action, les moyens de récupération du gaz à haute température étant agencés dans une partie supérieure de ladite enceinte ; et - l'arbre de la roue à action sort de l'enceinte par l'intermédiaire d'un piston agencé pour assurer l'étanchéité entre l'intérieure de l'enceinte et l'extérieur de l'enceinte. L'invention concerne également une installation de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, du type comprenant une source de fluide caloporteur, une source de fluide vaporisable, des moyens de chauffage du fluide caloporteur, le fluide caloporteur chauffé étant mélangé au fluide vaporisable de sorte à vaporiser ledit fluide, ledit mélange étant injecté dans un convertisseur d'énergie cinétique sous forme d'un jet, ledit convertisseur étant agencé pour transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation d'un arbre dudit convertisseur, dans laquelle le convertisseur d'énergie cinétique est tel que décrit ci-dessus. Selon d'autres aspects de l'installation de conversion : - l'arbre du convertisseur d'énergie est relié à un alternateur qu'il entraîne en rotation, l'alternateur étant agencé pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique de rotation de l'arbre ; - les moyens de chauffage du fluide caloporteur comprennent des moyens de captation d'énergie solaire, l'énergie captée chauffant une conduite de circulation du fluide caloporteur - l'installation de conversion comprend des conduites de circulation du fluide caloporteur récupéré par le convertisseur d'énergie jusqu'à des moyens de stockage dudit fluide et/ou jusqu'aux moyens de chauffage dudit fluide afin de permettre la réutilisation dudit fluide ; et - l'installation de conversion comprend des conduites de circulation du gaz à haute température récupéré par le convertisseur d'énergie jusqu'à des moyens de refroidissement permettant de condenser ledit gaz et des moyen de circulation du gaz condensé jusqu'à des moyens de stockage formant la source de fluide vaporisable afin de permettre la réutilisation dudit gaz.

D'autres aspects et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique en coupe d'un convertisseur d'énergie cinétique selon l'invention utilisé dans l'installation de la figure 1, - la figure 3 est une représentation schématique en perspective d'un déflecteur utilisé dans le convertisseur d'énergie cinétique de la figure 2, et - la figure 4 est une représentation schématique du trajet du jet formé d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température dans la roue à action et dans le déflecteur du convertisseur selon l'invention. En référence à la figure 1, on décrit une installation 1 de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique, puis en énergie électrique notamment destinée à être utilisée en site isolé, comme par exemple dans un désert ou sur une île.

L'installation 1 comprend essentiellement une source de fluide caloporteur 2, une source de fluide vaporisable 4, des moyens de chauffage 6 du fluide caloporteur, un convertisseur d'énergie cinétique 8. L'installation 1 comprend un ensemble de conduites 10 permettant de transporter le fluide caloporteur et le fluide vaporisable entre ces différents éléments. La source de fluide caloporteur 2 est par exemple un réservoir de glycérol, dont les propriétés de fluide caloporteur sont connues et particulièrement adaptées à l'installation de conversion 1. En effet, le glycérol est destiné à être mélangé avec de l'eau, qui forme le fluide vaporisable, à haute température. Ce mélange glycérol / eau est stable chimiquement, miscible, sans azéotrope ni composés stables à haute température. Ainsi, le glycérol et l'eau peuvent être séparés après l'utilisation du mélange et ne présentent pas de risque à être utilisés en mélange. Comme indiqué ci-dessus, la source de fluide vaporisable, ou fluide thermodynamique, est un réservoir d'eau, l'eau étant adaptée pour être vaporisée par le fluide caloporteur à haute température. L'installation 1 comprend une conduite de circulation 14 permettant d'amener le fluide caloporteur de la source 2 aux moyens de chauffage 6. Ces moyens de chauffage sont par exemple formés par des moyens de captation d'énergie solaire 16, l'énergie captée chauffant la conduite de circulation 14 du fluide caloporteur. Ces moyens de captation 16 sont connus et peuvent être formés par des paraboles, des augets linéaires paraboliques, d'héliostats ou de lentilles de Fresnel linéaires. Ces moyens de chauffage 6 permettent de chauffer le fluide caloporteur à une température de fonctionnement sensiblement comprise entre 300°C et 400°C. Alternativement, les moyens de chauffage 6 peuvent être formés par une chaudière à gaz ou autre moyens adaptés. En sortie des moyens de chauffage 6, une conduite 18 amène le fluide caloporteur jusqu'à un injecteur 20 formé par une tuyère.

L'eau en provenance du réservoir d'eau 4 passe par une conduite 22 qui l'amène jusqu'à l'injecteur 20 en passant par des moyens de préchauffage. Ces moyens de préchauffage comprennent par exemple une culasse réfrigérante 24 d'un alternateur 26 entraîné en rotation par le convertisseur 8, comme cela sera décrit ultérieurement, et un désurchauffeur 28.

L'eau présente donc un surcroît d'énergie thermique avant son entrée dans l'injecteur 20 où elle se mélange avec le fluide caloporteur chauffé. Dans l'injecteur, le mélange entre l'eau et le fluide caloporteur a pour effet de vaporiser l'eau du fait de la température du fluide caloporteur. Le gaz haute température formé par la vapeur d'eau se détend dans l'injecteur 20 de façon sensiblement isotherme, ce qui a pour effet d'augmenter l'énergie cinétique du mélange introduit dans l'injecteur 20 de sorte qu'on obtient un jet à haute vitesse formé d'un fluide caloporteur et d'un gaz à haute température dans l'injecteur 20. II convient de noter que la détente isotherme de la vapeur d'eau est une transformation qui présente le meilleur rendement de conversion de l'énergie thermique en énergie cinétique. Le jet obtenu présente donc une énergie cinétique importante.

L'injecteur 20 pénètre dans le convertisseur d'énergie cinétique 8 selon un axe A sensiblement horizontal. Selon une variante non représentée, l'injecteur 20 comprend un déversoir isotherme contenant de l'eau et recevant le fluide caloporteur en provenance de la source 2. Le fluide caloporteur réchauffe la vapeur d'eau pendant sa détente puis le fluide caloporteur est introduit dans le circuit primaire d'un générateur de vapeur de type simple passe. Dans le déversoir isotherme, la vapeur subit une détente isotherme et acquière une vitesse de l'ordre de 130 m.s. En sortie du générateur, le fluide caloporteur est introduit en un état de légère sous-saturation, environ 2°C à 5°C, par une buse de pulvérisation dans le flux de vapeur sortant à grande vitesse du détendeur pour générer un flux double phase dans l'injecteur, le flux sortant à la pression atmosphérique. Le convertisseur d'énergie cinétique 8, plus particulièrement représenté sur la figure 2, comprend une enceinte calorifugée 30 formée de deux demi-coques 32 bombées de forme elliptique soudées sur deux brides 34. La soudure des deux demi-coques 32 forme une enceinte 30 étanche d'axe B sensiblement vertical et perpendiculaire à l'axe A.

Le fond de l'enceinte 30 forme par exemple le réservoir de fluide caloporteur 2 où celui-ci est récolté après son passage dans le convertisseur 8, comme cela sera décrit ultérieurement. Une cuve 36 est disposée à l'intérieur de l'enceinte 30. Cette cuve 36 est formée d'un fond 38 de forme sensiblement tronconique, ou en forme d'entonnoir, et d'une paroi 40 de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir du fond 38, le fond 38 et la paroi 40 s'étendant selon l'axe B. Une roue à action 42 cylindrique est montée en rotation sur la cuve 36 par l'intermédiaire d'un arbre 44 s'étendant selon l'axe B sensiblement vertical. La roue à action 42 est disposée en regard de l'injecteur 20 de sorte que le jet injecté par celui-ci entraîne la roue à action 42 et l'arbre 44 en rotation de sorte à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation de l'arbre 44. La roue à action 42 comprend une pluralité d'aubes 46 s'étendant sensiblement radialement et présentant une forme concave. La concavité 48 des aubes 46 est tournée vers l'injecteur 20 de sorte que le jet injecté par celui-ci atteigne lesdites concavités 48 et entraîne la rotation de la roue 42. La concavité des aubes 46 présente une forme asymétrique par rapport à un axe C passant par le fond 50 des concavités et sensiblement perpendiculaire à ces concavités, c'est-à-dire sensiblement parallèle à l'axe A de l'injecteur. Ainsi, chaque aube 46 comprend une partie supérieure 52 s'étendant au-dessus de l'axe C et une partie inférieure 54 s'étendant en dessous de l'axe C. La partie supérieure 52 et la partie inférieure 54 présentent des rayons de courbure et des longueurs différents. En particulier, le rayon de courbure de la partie inférieure 54 est plus grand que le rayon de courbure de la partie supérieure 52, tandis que la longueur de la partie inférieure 54 est supérieure à la longueur de la partie supérieure 52. L'injecteur 20 est agencé pour injecter le jet sur la partie supérieure 52 des aubes 46. La position de l'injection du jet sur les aubes 46 ainsi que la forme particulière de celles-ci permettent d'allonger le trajet du jet dans les aubes 46 et d'améliorer la stratification de ce jet en sortie des aubes, ce qui permet la séparation ultérieure du fluide caloporteur et du gaz à haute température. L'angle de sortie du jet des aubes 46, c'est-à-dire l'angle formé entre la tangente à l'extrémité de la partie inférieure de l'aube et l'axe horizontal C, est sensiblement compris entre 8° et 12° de sorte que le jet en sortie d'aube 46 présente une énergie cinétique plus importante que dans une turbine Pelton classique où l'angle de sortie des aubes est sensiblement compris entre 4° et 8°. Ce surcroît d'énergie cinétique permet d'améliorer la séparation du fluide caloporteur et du gaz à haute température. En effet, en sortie d'aube 46, le jet pénètre dans un déflecteur 56 s'étendant sous les aubes 46 agencé pour réorienter vers la paroi 40 de la cuve 36 et stratifier le mélange du fluide caloporteur et du gaz à haute température, comme représenté sur la figure 4. En particulier, le déflecteur 56, plus particulièrement représenté sur la figure 3, présente une forme agencée pour récupérer le mélange sortant de la roue 42 selon une direction sensiblement verticale et pour réorienter de façon continue ce mélange selon une direction sensiblement horizontale, comme représenté sur la figure 4, de façon à ce qu'il sorte du déflecteur 56 de façon tangentielle à la paroi 40 de la cuve 36, c'est-à-dire que le mélange sort du déflecteur 56 en longeant la paroi 40 de la cuve 36. A cet effet, le déflecteur 56 comprend au moins une ouverture d'entrée 58 du mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action 42, ladite ouverture s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe B de la roue 42, c'est-à-dire un plan sensiblement horizontal, et une ouverture de sortie 60 du mélange, ladite ouverture s'étendant au voisinage de la paroi 40 de la cuve 36 et dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de l'ouverture d'entrée 58, c'est-à-dire un plan sensiblement vertical. L'ouverture d'entrée 58 et l'ouverture de sortie 60 sont reliées l'une à l'autre par une enveloppe 62 présentant une forme courbe, comme représenté sur la figure 3. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 3, des parois internes 64 s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe 62 sensiblement parallèlement à celle-ci de sorte à définir des canaux de circulation du mélange dans l'enveloppe et à séparer plusieurs ouvertures d'entrée 58 et un nombre correspondant d'ouvertures de sortie 60. La séparation du fluide caloporteur et du gaz haute température commence dans les aubes 46 par la centrifugation du mélange due à la forme des aubes 46. En passant dans le déflecteur 56, le reste du mélange est stratifié et passe de façon continue d'un écoulement selon la direction de sortie de la roue 42 à un écoulement tangentiel à la paroi 40 de la cuve 36, comme représenté sur la figure 4. Cet écoulement tangentiel provoque une centrifugation du mélange, du fait de la forme cylindrique de la paroi 40, ce qui permet d'achever la séparation du gaz haute température et du fluide caloporteur par effet cyclone. Ainsi, la séparation du mélange est réalisée de façon optimale de sorte que le fluide caloporteur et le gaz à haute température sont séparés à plus de 98 %. Le fait de prévoir une roue à action 42 en rotation autour d'un axe B sensiblement vertical permet de créer l'effet cyclone sur la paroi de la cuve, du fait qu'il est possible de placer un déflecteur 56 réorientant le mélange de façon adéquate. Selon un mode de réalisation, le convertisseur d'énergie comprend plusieurs injecteurs 20, par exemple six comme dans une turbine Pelton classique, et un nombre égal de déflecteur 56. Une fois séparé, le fluide caloporteur est entraîné vers le fond de la cuve 36 par la gravité, tandis que le gaz haute température, formé par de la vapeur d'eau se déplace vers le haut de l'enceinte 30. La partie supérieure de l'enceinte 30 comprend des moyens de récupération 66 du gaz haute température séparé du fluide caloporteur. Le gaz haute température sort de l'enceinte par ces moyens de récupération 66 et circule dans le reste de l'installation, comme cela sera décrit ultérieurement.

Le fond 38 de la cuve 36 comprend des moyens de récupération 66 du fluide caloporteur, afin que celui-ci passe dans le réservoir 2 en sortant de la cuve 40. Ces moyens de récupération 68 sont par exemple formés par des trous d'écoulement pratiqués dans le fond 38 de la cuve 36 et communiquant entre la cuve 36 et le fond de l'enceinte 30.

Le fluide caloporteur récupéré sert notamment à lubrifier au moins un palier à butée lisse 70 de type hydrodynamique, par l'intermédiaire duquel l'arbre 44 de la roue à action 42 est monté en rotation sur le fond 38 de la cuve 36. En effet, le palier à butée lisse 70 baigne dans le fluide caloporteur récupéré par les moyens de récupération 68. Un tel palier 70 permet d'assurer la rotation de l'arbre 44 à grande vitesse dans un environnement à haute température avec une durée de vie importante, au contraire des classiques roulements à billes. En outre, l'installation du palier 70 à l'intérieur de l'enceinte 30 permet de ne pas avoir de problème d'étanchéité et d'éviter les fuites de caloporteur qui pourraient être dangereuse. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le convertisseur 8 comprend deux paliers à butée lisse 70. Dans le réservoir 2, une pompe de circulation 72 de fluide caloporteur, par exemple de type volumétrique, est montée sur l'arbre 44 par l'intermédiaire d'un joint homocinétique 74. Cette pompe est reliée à une conduite de sortie 76 reliant l'intérieur de l'enceinte 30 à l'extérieur et permettant de faire circuler le fluide caloporteur vers le reste de l'installation 1. Ainsi, la pompe de circulation 72 est agencée pour aspirer le fluide caloporteur 2 du réservoir et pour l'injecter dans la conduite de sortie 76. La pompe de circulation est dépourvue de moteur d'entraînement puisque son actionnement est assuré par la rotation de l'arbre 44 de la roue à action 42 entraîné par le jet injecté par l'injecteur 20. La conduite de sortie 76 est reliée à une conduite de circulation 78 reliée à la conduite de circulation 14 du fluide caloporteur passant par les moyens de chauffage 6.

Ainsi, le fluide caloporteur sortant de l'enceinte 30 est réutilisé pour former le jet injecté par l'injecteur 20. D'autre part, la conduite de sortie 76 est également reliée à une conduite de circulation 80 reliée à un réservoir de stockage 82 en passant par un clapet de non-retour 84. Le réservoir de stockage 82 est maintenu à pression constante, par exemple d'une dizaine de bars, par la pompe de circulation 72 et est relié à un accu à membrane 86 servant de vase d'expansion pour compenser la dilation ou la contraction du fluide caloporteur dans le réservoir 82. Ce réservoir de stockage 82 constitue une source d'énergie thermique, le fluide caloporteur présent dans ce réservoir 82 étant maintenu à une température élevée. Une conduite de circulation 88 reliée à l'injecteur 20 s'étend entre le réservoir de stockage 82 et l'injecteur 20 de sorte que le fluide caloporteur chaud contenu dans le réservoir 82 peut être utilisé pour former le jet injecté par l'injecteur. Ainsi, lorsque les moyens de chauffage 6 ne fonctionnent plus, par exemple lors d'un passage nuageux rendant inopérant le collecteur d'énergie solaire 16 ou pendant la nuit, l'installation continue de fonctionner. Une vanne de régulation 90 est disposée sur le trajet de la conduite de circulation 88 afin de permettre de réguler les débits de circulation dans les conduites de circulation 14, 18, 78, 80, 88 du fluide caloporteur. Une partie du fluide caloporteur sortant par la conduite de sortie 76 peut également servir à la fourniture d'énergie thermique à des plaques de cuisson et/ou à un four à pain 92, ou toute autre installation nécessitant une alimentation en énergie thermique, par l'intermédiaire d'une conduite de circulation 94 passant par une vanne de régulation 96, le fluide caloporteur utilisé étant réinjecté dans le réservoir 2 par l'intermédiaire d'une conduite de circulation 100 passant par un clapet de non-retour 102. Le fluide caloporteur utilisé par l'installation 1 permet ainsi d'avoir une source d'énergie thermique en plus de servir à la formation du jet alimentant le convertisseur d'énergie 8. L'arbre 44 de la roue à action 42 sort de l'enceinte 30 par l'intermédiaire d'un piston 104 agencé pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur de l'enceinte 30 et l'extérieur de l'enceinte 30, par exemple un piston suédois. L'arbre 44 entraîne en rotation le rotor de l'alternateur 26, du type à aimant permanent. Cet alternateur 26 permet de transformer l'énergie cinétique de rotation de l'arbre 44 en énergie électrique. L'alternateur 26 est refroidi, au niveau de son entrefer, par un ventilateur 106 monté sur son rotor et par une conduite de circulation d'eau, formant la culasse réfrigérante 24, qui gaine son stator. L'eau alimentant la culasse réfrigérante 24 provient du réservoir d'eau 20 et est amené à la culasse par une pompe volumétrique 108 actionnée par l'arbre 44 par l'intermédiaire d'un réducteur 110. Ainsi la pompe volumétrique 108 est dépourvue de moteur d'actionnement. La culasse réfrigérante 24 au refroidissement de l'alternateur 26 et au préchauffage de l'eau, comme décrit précédemment. La vapeur d'eau collectée par les moyens de récupération 66 prévus dans l'enceinte 30 est refroidie par un désurchauffeur 28 en passant par une conduite (non représentée). Cette vapeur refroidie est ensuite condensée et sous saturée dans une batterie de tubes à ailettes 112 d'un aéro-réfrigérant 114 et est reversée dans le réservoir d'eau 4 par l'intermédiaire d'une conduite de circulation 116, avant d'être réutilisée pour former le jet injecté par l'injecteur 20 comme décrit précédemment. L'alternateur 26 est utilisé pour alimenter en énergie électrique un réseau de distribution 118, ainsi que des thermoplongeurs 120 agencé pour maintenir la température du réservoir de stockage 82 de fluide caloporteur, comme décrit précédemment.

Le fonctionnement normal de l'installation 1 décrite ci-dessus, ainsi que le fonctionnement la nuit ou lors d'un passage nuageux apparaissent clairement à la lecture de la description qui précède. On décrit à présent le fonctionnement lors du démarrage de l'installation 1 alors que le convertisseur d'énergie 8 est à l'arrêt et que les pompes volumétriques 72 et 108 ne fonctionnent pas. Pour permettre ce démarrage, on prévoit une vanne 122 permettant de couper l'arrivée d'eau au désurchauffeur 28 et un clapet de décharge 124 reliant la culasse réfrigérante 24 à l'entrée de la pompe volumétrique 108. Lors du démarrage de l'installation, la vanne 122 est fermée et l'eau circulant par la pompe volumétrique 108 n'alimente donc pas l'injecteur 20 mais retourne à l'entrée de la pompe volumétrique par l'intermédiaire du clapet de décharge 124. L'alternateur 26 est démarré en mode synchrone par un variateur à pilotage vectoriel de champ 126, alimenté par une batterie d'accumulateur 128 maintenue sous charge pendant le jour par des panneaux photovoltaïque 130. Ce démarrage de l'alternateur 26 a pour effet d'entraîner la rotation de l'arbre 44 de la roue à action 42, qui entraîne le démarrage de la pompe volumétrique 72, ainsi que celui de la pompe volumétrique 108. La circulation de fluide caloporteur et d'eau est ainsi lancée. Lorsque la température du fluide caloporteur à l'entrée de l'injecteur 20 atteint une température suffisante pour vaporiser l'eau, la vanne 122 est ouverte et l'installation 1 passe en fonctionnement normal. L'installation décrite ci-dessus peut fonctionner en parfaite autonomie et est donc particulièrement adaptée à une utilisation en site isolé. Le convertisseur d'énergie 8 permet de séparer efficacement le fluide caloporteur du gaz haute température afin d'avoir un fonctionnement optimal de l'installation 1. La nature des fluides utilisés, le fluide caloporteur et l'eau, permet de réduire les risques si une fuite venait à se produire. En effet, ces fluides ne sont pas dangereux pour la santé humaine et peuvent être manipulés facilement. En outre, ces produits sont ingérables sans risque par un organisme vivant, ce qui est favorable à la protection de l'environnement dans lequel est installé l'installation 1. Le fonctionnement sans moteur des pompes volumétriques, ainsi que le fonctionnement réversible de l'alternateur permet d'améliorer le rendement de l'installation car le démarrage de l'installation ne nécessite pas de moteur de démarrage. En outre, cette absence de moteur améliore la fiabilité de l'installation 1 qui ne dépend pas du bon fonctionnement d'un moteur.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1.- Convertisseur d'énergie cinétique (8) à partir d'un jet formé d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température, ledit convertisseur comprenant : - au moins un injecteur (20) du jet à partir d'au moins une source de fluide caloporteur (2) et de gaz à haute température (4), - une roue à action (42) montée en rotation solidaire d'un arbre (44) s'étendant selon un axe (B) sensiblement perpendiculairement à l'injecteur (20), ladite roue (42) comprenant une pluralité d'aubes asymétriques (46), le jet étant injecté sur lesdites aubes (46) de sorte à entraîner l'arbre (44) en rotation et à transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation de l'arbre (44), - une cuve (36) entourant ladite roue à action (42), ladite cuve (36) s'étendant sensiblement selon l'axe (B) de la roue à action (42), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un déflecteur (56) s'étendant sous les aubes (46), ledit déflecteur (56) présentant une forme agencée pour récupérer le mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action (42) et rediriger ledit mélange selon une direction sensiblement tangentielle à la paroi (40) de la cuve (36), ladite paroi (40) étant agencée pour imprimer un effet cyclone audit mélange de sorte à séparer le fluide caloporteur du gaz à haute température, la cuve (36) comprenant des moyens de récupération (66, 68) du fluide caloporteur et du gaz à haute température.

   2.- Convertisseur d'énergie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le déflecteur (56) comprend au moins une ouverture d'entrée (58) du mélange de fluide caloporteur et de gaz haute température en sortie de la roue à action (42), ladite ouverture (58) s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe (B) de la roue à action (42), et une ouverture de sortie (60) du mélange, ladite ouverture (60) s'étendant au voisinage de la paroi (40) de la cuve (36) et dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan de l'ouverture d'entrée (58), ladite ouverture d'entrée (58) et ladite ouverture de sortie (60) étant reliées l'une à l'autre par une enveloppe (62) présentant une forme courbe.

   3.- Convertisseur d'énergie selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur (56) comprend au moins deux ouvertures d'entrée (58) et au moins deux ouvertures de sortie correspondantes (60), lesdites ouvertures (58) étant séparées par au moins une paroi interne (64) s'étendant dans l'enveloppe (62) sensiblement parallèlement à celle-ci de sorte à définir au moins deux canaux de circulation dans ladite enveloppe (62).

   4.- Convertisseur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'injecteurs (20) de jets formés d'un fluide caloporteur et un gaz à haute température et un nombre égal de déflecteurs (56) s'étendant sous les aubes (46) de la roue à action (42).

   5.- Convertisseur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aubes (46) présentent chacune une concavité (48) asymétrique par rapport à un axe (C) sensiblement perpendiculaire au fond (50) de ladite concavité (48), l'aube (46) comprenant une partie supérieure (52) et une partie inférieure (54) s'étendant de part et d'autre de l'axe (C), le rayon de courbure de la partie supérieure (52) étant différent du rayon de courbure de la partie inférieure (54).

   6.- Convertisseur d'énergie selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'injecteur (20) est agencé pour injecter le jet sur la partie supérieure (52) des aubes (46).

   7.- Convertisseur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cuve (36) comprend un fond (38) de forme sensiblement tronconique, les moyens de récupération (68) du fluide caloporteur étant agencés dans ledit fond (38), et une paroi (40) de forme sensiblement cylindrique s'étendant à partir du fond (38) selon l'axe (B) de la roue à action (42).

   8.- Convertisseur d'énergie selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'arbre (44) de la roue (42) est monté sur le fond (38) de la cuve (36) par l'intermédiaire d'au moins un palier à butée lisse (70) de type hydrodynamique de sorte à permettre la rotation de l'arbre (44) par rapport à la cuve (36).

   9.- Convertisseur d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte (30) étanche et calorifugée entourant la cuve (36) et l'arbre (44) de la roue à action (42), les moyens de récupération (66) du gaz à haute température étant agencés dans une partie supérieure de ladite enceinte (30).

   10.- Convertisseur d'énergie selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'arbre (44) de la roue à action (42) sort de l'enceinte par l'intermédiaire d'un piston (104) agencé pour assurer l'étanchéité entre l'intérieure de l'enceinte et l'extérieur de l'enceinte.

   11.- Installation de conversion d'énergie thermique en énergie mécanique comprenant une source (2) de fluide caloporteur, une source (4) de fluide vaporisable, des moyens de chauffage (6) du fluide caloporteur, le fluide caloporteur chauffé étant mélangé au fluide vaporisable de sorte à vaporiser ledit fluide, ledit mélange étant injecté dans un convertisseur d'énergie cinétique (8) sous forme d'un jet, ledit convertisseur (8) étant agencé pour transformer l'énergie cinétique axiale du jet en énergie cinétique de rotation d'un arbre (44) dudit convertisseur (8), caractérisée en ce que le convertisseur d'énergie cinétique (8) est selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.

   12.- Installation de conversion selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'arbre (44) du convertisseur d'énergie (8) est relié à un alternateur (26) qu'il entraîne en rotation, l'alternateur (26) étant agencé pour produire de l'énergie électrique à partir de l'énergie cinétique de rotation de l'arbre (44).

   13.- Installation de conversion selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que les moyens de chauffage (6) du fluide caloporteur comprennent des moyens de captation d'énergie solaire (16), l'énergie captée chauffant une conduite de circulation (14) du fluide caloporteur.

   14.- Installation de conversion selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisée en ce qu'elle comprend des conduites de circulation du fluide caloporteur récupéré par le convertisseur d'énergie (8) jusqu'à des moyens de stockage (82) dudit fluide et/ou jusqu'aux moyens de chauffage (6) dudit fluide afin de permettre la réutilisation dudit fluide.

   15.- Installation de conversion selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'elle comprend des conduites de circulation du gaz à haute température récupéré par le convertisseur d'énergie (8) jusqu'à des moyens de refroidissement permettant de condenser ledit gaz et des moyen de circulation du gaz condensé jusqu'à des moyens de stockage (4) formant la source de fluide vaporisable afin de permettre la réutilisation dudit gaz.20