特表 2024-511582 熱力学サイクルを有する熱機関及び関連する熱機関のためのカートリッジ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-14

(54)【発明の名称】熱力学サイクルを有する熱機関及び関連する熱機関のためのカートリッジ

(51)【国際特許分類】

   F25B 9/06 20060101AFI20240307BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

F25B9/06 D

F28D7/10 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023555710

(86)(22)【出願日】2022-03-15

(85)【翻訳文提出日】2023-09-14

(86)【国際出願番号】 EP2022056723

(87)【国際公開番号】W WO2022194877

(87)【国際公開日】2022-09-22

(31)【優先権主張番号】2102658

(32)【優先日】2021-03-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523345736

【氏名又は名称】シックステン

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ベルテレミー，ピエール－イブ

【テーマコード（参考）】

3L103

【Ｆターム（参考）】

3L103AA35

(57)【要約】

本発明は、熱機関のための熱力学的流体を移動させるためのカートリッジ（１）に関し、カートリッジ（１）は、熱伝達流体を循環させるための第１の循環手段（３）を備える第１のプロファイルセクション（２）と、熱伝達流体を循環させるための第２の循環手段（９）を備える第２のプロファイルセクション（８）と、少なくとも１つの作動流体（Ｊ、Ｈ）の少なくとも１つの供給回路に接続可能であり、接続されるように意図されている第３のプロファイルセクション（１５）であって、第１のプロファイルセクション（２）および第２のプロファイルセクション（８）の内側に配置された第３のプロファイルセクション（１５）と、熱力学的流体を収容するためのチャンバ（２４）と、チャンバ（２４）内に配置されており、第３のプロファイルセクション（１５）の外壁（１７）に対して摺動可能であるように取り付けられたディスプレーサ（２５）と、第３のプロファイルセクション（１５）の内側に配置され、第３のプロファイルセクション（１５）の内壁（１６）に対して摺動可能であるように取り付けられたピストン（２６）であって、少なくとも１つの作動流体（Ｊ、Ｈ）によって移動可能であり、移動されるように意図されており、ディスプレーサ（２５）およびピストン（２６）が互いに結合されている、ピストン（２６）と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を移動させるためのカートリッジ（１、１’）であって、少なくとも、
－第１の熱源に接続された第１の熱伝達流体供給回路（Ａ、Ｂ）への接続に好適であり、かつ接続が意図された少なくとも１つの熱伝達流体を循環させるための第１の手段（３）を備える第１の中空セクション（２）を備える、「低温」部分を形成する第１の交換器であって、前記第１のセクション（２）が、内壁（４）及び外壁（５）を備える、第１の交換器と、
－第２の熱源に接続された第２の熱伝達流体供給回路（Ｃ、Ｄ）に接続されるように適合及び設計された少なくとも１つの熱伝達流体を循環させるための第２の手段（９）を含む第２の中空セクション（８）を備える、いわゆる高温セクションを形成する第２の熱交換器であって、前記第２のセクション（８）が、内壁（１０）及び外壁（１１）を備える、第２の熱交換器と、
－少なくとも１つの作動流体（Ｊ、Ｈ）のための少なくとも１つの供給回路に接続されるように適合及び意図された第３の中空セクション（１５）であって、前記第３のセクション（１５）が、前記第１のセクション（２）及び前記第２のセクション（８）の内側に配設され、前記第３のセクション（１５）が、内壁（１６）及び外壁（１７）を備え、前記第１のセクション（２）の前記内壁（４）の少なくとも一部及び前記第３のセクション（１５）の前記外壁（１７）の第１の部分（２０）が、第１の充填空間（２１）を形成するように互いに離間及び対向し、前記第２のセクション（８）の前記内壁（１０）の少なくとも一部及び前記第３のセクション（１５）の前記外壁（１７）の第２の部分（２２）が、第２の充填空間（２３）を形成するように互いに離間及び対向する、第３の中空セクション（１５）と、
－少なくとも１つの熱力学的流体を、好ましくは高圧かつ超臨界状態で収容するのに好適であり、かつ収容するように設計された少なくとも１つのチャンバ（２４）であって、前記チャンバ（２４）が、連通している前記第１の充填空間（２１）及び前記第２の充填空間（２３）を少なくとも備える、少なくとも１つのチャンバ（２４）と、
－前記チャンバ（２４）の内側に配置され、前記第３のプロファイル（１５）の前記外壁（１７）に対して摺動可能に装着され、かつ第１の位置（Ｐ１）と第２の位置（Ｐ２）との間で移動可能なディスプレーサ（２５）であって、前記少なくとも１つの熱力学的流体を前記第１の充填空間（２１）と前記第２の充填空間（２３）との間で交互に変位させるように構成されている、少なくとも１つのディスプレーサ（２５）と、
－前記第３のプロファイル（１５）の内側に配置され、前記第３のプロファイル（１５）の前記内壁（１６）に対して摺動可能に装着され、かつ前記第１の位置（Ｐ１）と前記第２の位置（Ｐ２）との間で移動可能なピストン（２６）であって、前記ピストン（２６）が、前記少なくとも１つの作動流体（Ｊ、Ｈ）によって前記第１の位置（Ｐ１）と前記第２の位置（Ｐ２）との間で変位されるように適合及び設計され、前記ディスプレーサ（２５）及び前記ピストン（２６）が、互いに結合されている、ピストン（２６）と、を備えることを特徴とする、カートリッジ。

【請求項2】

前記第３のプロファイル（１５）が、好ましくは非磁性材料で作製され、前記ディスプレーサ（２５）及び前記ピストン（２６）が、磁気接続手段（２７）によって前記第３のプロファイル（１５）を介して、互いに磁気的に結合されることを特徴とする、請求項１に記載のカートリッジ。

【請求項3】

前記第１のプロファイル（２）が、軸Ａ１に沿って第１の長さＬ１にわたって長手方向に延在し、前記第２のプロファイル（８）が、軸Ａ１に沿って第２の長さＬ２にわたって長手方向に延在することを特徴とする、請求項１又は２に記載のカートリッジ。

【請求項4】

前記第３のプロファイル（１５）が、前記軸Ａ１に沿って第３の長さＬ３にわたって長手方向に延在し、前記第３の長さＬ３が、前記第１の長さＬ１又は前記第２の長さＬ２よりも大きく、好ましくは前記第１の長さＬ１と前記第２の長さＬ２との合計以上であることを特徴とする、請求項３に記載のカートリッジ。

【請求項5】

前記第２のプロファイル（８）が、軸Ａ１の方向において、前記第１のプロファイル（２）の延長にあることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項6】

前記第１のプロファイル（２）が、第１の端部（６）及び第２の接合端部（７）を備え、前記第２のプロファイル（８）が、第１の端部（１２）及び第２の接合端部（１３）を備え、前記第１のプロファイル（２）及び前記第２のプロファイル（８）が、それらのそれぞれの第２の接合端部（７、１３）において、接合手段（１４）によって互いに接合されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項7】

前記第３のセクション（１５）が、第１の端部（１８）及び第２の端部（１９）を備え、前記第１のセクション（２）の前記第１の端部（６）と前記第３のセクション（１５）の前記第１の端部（１８）とが、接続手段によって接合され、前記第２のセクション（８）の前記第１の端部（１２）と前記第３のセクション（１５）の前記第２の端部（１９）とが、接続手段によって接合されることを特徴とする、請求項６に記載のカートリッジ。

【請求項8】

前記第３のプロファイル（１５）、前記第１のプロファイル（２）及び前記第２のプロファイル（８）、前記ディスプレーサ（２５）、並びに前記ピストン（２６）が、前記軸Ａ１に沿って同軸であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項9】

前記第１のプロファイル（２）が結び付けられる第１の半径方向及び／又は軸方向応力補強部（２８）と、前記第２のプロファイル（８）が結び付けられる第２の半径方向及び／又は軸方向応力補強部（２９）と、を備えることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項10】

前記接合手段（１４）が、前記第１のプロファイル（２）及び／又は第２のプロファイル（８）の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有することを特徴とする、請求項６～９のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項11】

前記第１のプロファイル（２）の前記内壁（４）及び／又は前記第２のプロファイル（８）の前記内壁（１０）が、鋸歯状の表面及び／又は滑らかな表面を有することを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項12】

前記第１のプロファイル（２）が、前記内壁（４）と前記外壁（５）との間に第１の厚さＥ１を有し、前記第１のプロファイル（２）が、その第１の厚さＥ１において、前記第１の循環手段（３）を形成する少なくとも１つのチャネル（３０）及び／若しくは少なくとも１つの溝（３１）を備え、前記少なくとも１つのチャネル（３０）及び／若しくは少なくとも１つの溝（３１）が、前記軸Ａ１に平行な長手方向に長さＬ４にわたって延在し、並びに／又は前記第２のセクション（８）が、前記内壁（１０）と前記外壁（１１）との間に第２の厚さＥ２を有し、前記第２のセクション（８）が、その第２の厚さＥ２において、前記第２の循環手段（９）を形成する少なくとも１つのチャネル（３０）及び／若しくは少なくとも１つの溝（３１）を備え、前記少なくとも１つのチャネル（３０）及び／若しくは少なくとも１つの溝（３１）が、軸Ａに平行な長手方向に長さＬ５にわたって延在することを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項13】

前記カートリッジ（１’）がハイブリッドと呼ばれ、前記チャンバ（２４）の前記第１の充填空間（２１）又は前記第２の充填空間（２３）の内側に配置された油圧ピストン（３４）を備え、前記第１の充填空間（２１）又は前記第２の充填空間（２３）が、少なくとも１つの油圧流体を収容するように適合及び設計され、油圧流体供給出口（Ｅ）に接続されるように適合及び設計され、前記油圧ピストン（３４）が、前記第３のプロファイル（１５）の前記外壁（１７）に対して軸Ａ１の方向に摺動するように装着され、第１の位置（Ｐ３）と第２の位置（Ｐ４）との間で、前記第１の充填空間（２１）又は前記第２の充填空間（２３）内で移動可能であり、一方では、前記少なくとも１つの熱力学的流体によって変位され、他方では、前記第１の充填空間（２１）又は前記第２の充填空間（２３）内の前記少なくとも１つの油圧流体を交互に変位させるように構成されていることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項14】

前記第１のプロファイル（２）及び／又は前記第２のプロファイル（８）が、高い熱伝導率、好ましくは１００ワット／メートル・ケルビン～４００ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有する材料、例えば、アルミニウム又は銅合金で作製されることを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項15】

前記第１の補強部（２８）及び／若しくは前記第２の補強部（２９）、並びに／又は前記第１のプロファイル（５）及び／若しくは前記第２のプロファイル（８）及び／若しくは前記第３のプロファイル（１５）が、軸方向の力を吸収するように配置されることを特徴とする、請求項１～１４のいずれか一項に記載のカートリッジ。

【請求項16】

熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を交互に移動させるためのモジュールであって、請求項１～１５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのカートリッジ（１、１’）又は複数のカートリッジ（１、１’）を備え、
－前記第１の循環手段（３）の少なくとも１つの第１の供給ポート（３５）及び少なくとも１つの第２の供給ポート（３６）によって、前記少なくとも１つのカートリッジ（１、１’）の前記第１の循環手段（３）に接続された第１の熱伝達流体供給回路（Ａ、Ｂ）と、
－前記第２の循環手段（９）の少なくとも１つの第３の供給ポート（３７）及び少なくとも１つの第４の供給ポート（３８）によって、前記少なくとも１つのカートリッジ（１）の前記第２の循環手段（９）に接続された第２の熱伝達流体供給回路（Ｃ、Ｄ）と、
－少なくとも、前記カートリッジ（１）の前記接合手段（１４）を備える接合プレート（３９）と、
－前記第３のプロファイル（１５）に含まれる少なくとも１つの第５の供給ポート（４０）及び前記第３のプロファイル（１５）に含まれる少なくとも１つの第６の供給ポート（４１）によって、前記少なくとも１つのカートリッジ（１）の前記第３のプロファイル（１５）に接続され、前記ピストン（２６）の前記変位を案内するように配置された作動流体供給回路（Ｈ、Ｊ）と、
－前記少なくとも１つのカートリッジ（１）の前記チャンバ（２４）に接続された熱力学的流体供給出口（Ｇ）、又は前記チャンバ（２４）の前記第１の充填空間（２１）若しくは前記第２の充填空間（２３）に接続された油圧流体供給出口（Ｅ）と、を備えることを特徴とする、モジュール。

【請求項17】

請求項１３に記載の少なくとも１つのカートリッジ（１’）を備え、前記いわゆるハイブリッドカートリッジが、前記チャンバ（２４）の前記第１の充填空間（２１）又は前記第２の充填空間（２３）の内側に配置された油圧ピストン（３４）を備えることを特徴とする、請求項１６に記載のモジュール。

【請求項18】

前記作動流体供給回路（Ｈ、Ｊ）が、前記第１の熱伝達流体供給回路（Ａ、Ｂ）及び前記第２の熱伝達流体供給回路（Ｃ、Ｄ）から形成されることを特徴とする、請求項１６又は１７に記載のモジュール。

【請求項19】

前記接合プレート（３９）が、前記第１のプロファイル（２）及び／又は第２のプロファイル（８）の前記熱伝導率よりも低い熱伝導率を有することを特徴とする、請求項１６～１８のいずれか一項に記載のモジュール。

【請求項20】

第１の絶縁ケーシング（４３）が、前記第１の循環手段（３）の前記少なくとも１つの第１の供給ポート（３５）に通じる少なくとも１つの第１の区画（４４）と、前記第１の循環手段（３）の前記少なくとも１つの第２の供給ポート（３６）に通じる少なくとも１つの第２の区画（４５）と、を備え、及び／又は第２の絶縁ケーシング（４３’）が、前記第２の循環手段（９）の前記少なくとも１つの第３の供給ポート（３７）に通じる少なくとも１つの第３の区画（４６）と、前記第２の循環手段（９）の前記少なくとも１つの第４の供給ポート（３８）に通じる少なくとも１つの第４の区画（４７）と、を備えることを特徴とする、請求項１６～１９のいずれか一項に記載のモジュール。

【請求項21】

前記作動流体供給回路（Ｈ、Ｊ）の前記少なくとも１つの第５の供給ポート（４０）が、前記第１の区画（４４）に通じ、前記作動流体供給回路（Ｈ、Ｊ）の前記少なくとも１つの第６の供給ポート（４１）が、前記第３の区画（４６）に通じることを特徴とする、請求項１７及び２０に記載のモジュール。

【請求項22】

前記モジュールが、少なくとも２つのカートリッジ（１、１’）を備え、各カートリッジ（１）の前記チャンバ（２４）が、好ましくは前記少なくとも１つの接合プレート（３９）内に配置された少なくとも１つの相互接続パイプ（４８）によって相互接続され、前記モジュールの前記熱力学的流体供給出口（Ｇ）又は前記モジュールの油圧流体供給出口（Ｅ）が、好ましくは前記接合プレート（３９）内に配置されることを特徴とする、請求項１７～２１のいずれか一項に記載のモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱力学サイクル熱機関カートリッジ及び関連する熱力学サイクル熱機関モジュールの分野に関する。

【0002】

現在のエネルギー遷移は、一次エネルギー消費の低減を含む多くの分野において課題を提起している。産業部門は大量の熱エネルギーを生成し、その大部分は依然として廃熱の形態で廃棄されている。この廃熱は、直接利用可能であり既に支払われている莫大なエネルギー源を表し、その回収は産業にとって戦略的な課題である。廃熱は、熱ネットワークへの直接供給によって、又は一時的貯蔵によって、又は内部若しくは外部使用のための電気への変換によって、回収することができる。低温廃熱、すなわち摂氏１００度未満の廃熱に関しては、経済的実行可能性の欠如に起因して、現在、電気への変換のための商業的に実行可能性のある機械はなく、熱ネットワークにおける使用が唯一の可能な選択肢である。しかし、実装にはいくつかの制約があり、特に最終使用に近い必要がある。

【0003】

したがって、外部からの熱入力を伴う機械における現在の開発は、熱リザーバが最終的にあまり重要でない温度に限定される。

【0004】

低温地熱エネルギー又は太陽熱エネルギーなどの他の自然熱源が容易に利用可能である。今日、これらの再生可能な資源は、熱ネットワークにのみ使用されている。

【0005】

外部熱供給及び相変化のない閉サイクル作動流体を有する機械は、一般にスターリング機関と称される。特に、ベータ型又はガンマ型のスターリング機関は、作動流体を高温側から低温側へ交互に移送するための作動ピストン及びディスプレーサを有する。このタイプのモータでは、作動ピストン及びディスプレーサは機械的に連結されている。これらのモータは、回転速度が主に供給源間の温度差に依存するため、非常に低い電力密度及び困難な電力制御によって特徴付けられる。したがって、市場にある少数の機械は、用いられる作動ガスの低い熱伝導率、小さい熱交換表面、及び再生器のデッドボリュームを補償するために、熱源間の大きい温度差、多くの場合、摂氏数百度程度の温度差を必要とする。

【0006】

電力密度を改善するために、我々は、国際公開第２０１８／０６２６２７（Ａ１）号から、加圧ガスで、又は二酸化炭素などの超臨界相の流体でさえ動作するような特定のスターリング機関が開発されていることを知っている。しかしながら、必要とされる非常に高い圧力は、典型的には３，０００ｒｐｍ程度の高いモータ回転速度と組み合わされて、摩擦及び作動流体のポンピングに起因する問題のある損失をもたらす。作動ピストンの場合、動的シールが高圧及び高温に耐える能力もまた、機関の特定の寿命を保証し、漏れを回避するための課題のままである。

【0007】

近臨界二酸化炭素の特性を利用するこのカテゴリの機械における別の概念は、国際公開第０２／０１０５２（Ａ２）号において提案されており、そこでは、作動流体は移動されないが、熱源は、可動熱シールドを介して流体と交互に接触させられる。このシステムは、各シリンダに組み込まれる交互の高温源及び低温源に起因して、実装するのに構造的に複雑である。この構成は、特に、従来の再生器のように流体の加熱又は冷却に直接寄与しない熱源と連続的に接触させられる熱スクリーンを介して、著しい熱損失を発生させる。

【0008】

国際公開第２０１６／１６５６８７（Ａ１）号もまた、二酸化炭素を使用する超臨界サイクルを有する熱変換プロセスを説明しており、このプロセスでは、膨張は発振器システムのおかげで等温である。作動ピストンのストロークに従って制御されなければならない振動ピストンは、対流熱伝達を増加させるために、膨張中に超臨界流体の能動撹拌器として機能する。発振器、再生器、ピストン、及びディスプレーサの各シリンダにおける統合に起因する構造の複雑さは、この概念を大規模な設備及び生産にとって魅力のないものにする。加えて、シリンダ内の対流を増加させることによる熱伝達の改善は、シリンダの熱源との接触面積が小さいことによって制限される。したがって、この概念は、摂氏１５０度を超える温度差で動作するように設計されている。

【0009】

いわゆるフリーピストンスターリング機関（Free Piston Stirling Engine、ＦＰＳＥ）の開発は、モータ効率を増加させるために、高温源と低温源との間の熱損失を制限する試みをもたらした。国際公開第２００５／０４２９５８号は、高温部分と低温部分とを接続する低熱伝導率セラミック部分に再生器を統合することを提案している。しかしながら、この構成は、ディスプレーサが制御されることを可能にせず、発電機が各ピストンに組み込まれなければならず、これは、いくつかのシリンダを必要とする高出力設備にとって問題となる。

【0010】

国際公開第０２０８８５３６号には、多シリンダ外部熱伝達機関アーキテクチャが提案されている。使用される「液体」ディスプレーサ技術及び１つのピストンチャンバから別のピストンチャンバへ熱力学的流体を移送するためのピストンの直列接続は、作動流体から独立した熱力学的流体の位置の管理を可能にせず、したがって、達成される熱力学的サイクルの最適化を可能にしない。

【0011】

従来のスターリング機関では、ディスプレーサと作動ピストンとの間の機械的結合は、連続回転に起因して、熱力学的トランスフォームが正確に実行されることを可能にせず、したがって、このタイプの機関の実際の効率を大幅に低減する。圧力チャンバは、高い回転速度に起因して、高圧（＞１０バール）で適切に封止されることができず、高い摩擦損失をもたらす。熱伝達は、低温では非常に低く、非常に低い電力密度をもたらす。

【0012】

現況技術で説明されるように、効率を改善する目的で、熱力学的変換のより良好な制御を可能にするディスプレーサと作動ピストンとの機械的結合解除は、現在の解決策では、ディスプレーサがもはや機関回転によって駆動されないため、追加の外部アクチュエータシステムの追加を必要とする。多シリンダ機関の場合、各シリンダ内の各ディスプレーサがアクチュエータを必要とするため、これらのシステムは、非常に複雑になり、実装するのに費用がかかる。

【0013】

本発明の目的は、摂氏１５０度未満の温度で熱源を動作させるための拡張可能なモジュール式解決策を提供することである。

【0014】

この目的のために、本発明は、熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を移動させるためのカートリッジであって、少なくとも、
第１の熱源に接続された第１の熱伝達流体供給回路に接続されるように適合及び意図された少なくとも１つの熱伝達流体を循環させるための第１の手段を含む第１の中空プロファイルを備える、いわゆる低温部分を形成する第１の熱交換器であって、第１のプロファイルが、内壁及び外壁を備える、第１の熱交換器と、
第２の熱源に接続された第２の熱伝達流体供給回路への接続に好適であり、かつ接続が意図された少なくとも１つの熱伝達流体を循環させるための第２の手段を備える第２の中空セクションを備える、いわゆる高温部分を形成する第２の熱交換器であって、第２のセクションが、内壁及び外壁を備える、第２の熱交換器と、
少なくとも１つの作動流体のための少なくとも１つの供給回路への接続に好適であり、かつ接続が意図された第３の中空セクションであって、第３のセクションが、第１のセクション及び第２のセクションの内側に配置され、第３のセクションが、内壁及び外壁を備え、
第１のセクションの内壁の少なくとも一部及び第３のセクションの外壁の第１の部分が、互いに離間して対向して、第１の充填空間を形成し、
第２のプロファイルの内壁の少なくとも一部及び第３のプロファイルの外壁の第２の部分が、互いに離間して対向して、第２の充填空間を形成する、第３の中空セクションと、
少なくとも１つの熱力学的流体を、好ましくは高圧かつ超臨界状態で収容するように適合かつ設計された少なくとも１つのチャンバであって、チャンバが、連通している第１の充填空間及び第２の充填空間を少なくとも備える、少なくとも１つのチャンバと、
チャンバの内側に配置され、第３のプロファイルの外壁に対して摺動可能に装着され、かつ第１の位置と第２の位置との間で移動可能なディスプレーサであって、少なくとも１つの熱力学的流体を第１の充填空間と第２の充填空間との間で交互に変位させるように構成されている少なくとも１つのディスプレーサと、
第３のプロファイルの内側に配置され、第３のプロファイルの内壁に対して摺動可能に装着され、かつ第１の位置と第２の位置との間で移動可能なピストンであって、ピストンが、少なくとも１つの作動流体によって第１の位置と第２の位置との間で移動されるように適合及び意図された、ピストンと、を備える。

【0015】

ディスプレーサ及びピストンは、互いに結合されている。

【0016】

本発明はまた、熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を交互に移動させるためのモジュールであって、本発明による少なくとも１つのカートリッジ又は複数のカートリッジを備え、
第１の循環手段の少なくとも１つの第１の供給ポート及び少なくとも１つの第２の供給ポートを介して少なくとも１つのカートリッジの第１の循環手段に接続された第１の熱伝達流体供給回路と、
第２の循環手段の少なくとも１つの第３の供給ポート及び少なくとも１つの第４の供給ポートを介して少なくとも１つのカートリッジの第２の循環手段に接続された第２の熱伝達流体供給回路と、
少なくともカートリッジ接合手段を備える接合プレートと、
第３のプロファイルが含む少なくとも１つの第５の供給ポート及び第３のプロファイルが含む少なくとも１つの第６の供給ポートによって少なくとも１つのカートリッジの第３のプロファイルに接続され、ピストンの変位を案内するように配置された作動流体供給回路と、
少なくとも１つのカートリッジのチャンバに接続された熱力学的流体供給出口、又はチャンバの第１の充填空間若しくは第２の充填空間に接続された油圧流体供給出口と、を備えることを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明は、非限定的な例として与えられ、かつ添付の概略図を参照して説明されるいくつかの好ましい実施形態を指す以下の説明からより良好に理解されるであろう。

【図1】本発明によるカートリッジの断面図を示す。

【図2】図１に示すカートリッジの横断面図を示す。

【図3】本発明の第１の実施形態による、カートリッジの断面図を示す。

【図4】本発明の第２の実施形態による、カートリッジの断面図を示す。

【図5】本発明の第１の実施形態による、カートリッジの一部の斜視図を示す。

【図6】本発明の第１の実施形態による、カートリッジの一部の斜視図を示す。

【図7】円形断面のチャネルの形態の循環手段を示す、本発明による、カートリッジの断面図を表す。

【図8】台形断面を有するチャネルの形態の循環手段を示す、本発明による、カートリッジの断面図を示す。

【図9】開放溝の形態の循環手段を有する、本発明による、カートリッジの断面図を示す。

【図10】本発明の第３の実施形態における、いわゆるハイブリッドカートリッジの断面図を示す。

【図11】本発明の第４の変形例による油圧ピストンに接続された図１によるカートリッジの断面図を示す。

【図12】図１に示すカートリッジを備えるモジュールの断面図を示す。

【図13】図１０に示すいわゆるハイブリッドカートリッジを備えるモジュールの断面図を示す。

【図14】図１によるカートリッジと、図１０によるいわゆるハイブリッドカートリッジと、を備える、モジュールの断面図を示す。

【図15】接合板を示す。

【図16】図４による４つのカートリッジと、本発明による２つのいわゆるハイブリッドカートリッジと、を備える、モジュールの断面図を示す。

【図17】図１６に示すモジュールの斜視図を示す。

【図18】図３に示すような６つのカートリッジを備えるモジュールの断面図を示す。

【図19】図１８に示すモジュールの斜視図を示す。

【0018】

本発明によれば、特に図１～図９に例示するように、熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を移動させるためのカートリッジ１、１’は、少なくとも、
第１の熱源に接続された第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂに接続されるように適合及び意図された少なくとも１つの熱伝達流体のための第１の循環手段３を含む第１の中空セクション２を備える、いわゆる低温部分を形成する第１の交換器であって、第１のセクション２は、内壁４及び外壁５を備える、第１の交換器と、
第２の熱源に接続された第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄへの接続に好適であり、かつ接続が意図された少なくとも１つの熱伝達流体を循環させるための第２の手段９を備える第２の中空セクション８を備える、いわゆる高温部分を形成する第２の熱交換器であって、第２のセクション８が、内壁１０及び外壁１１を備える、第２の熱交換器と、
少なくとも１つの作動流体Ｊ、Ｈのための少なくとも１つの供給回路への接続に好適であり、かつ接続が意図された第３の中空セクション１５であって、第３のセクション１５が、第１のセクション２及び第２のセクション８の内側に配置され、第３のセクション１５が、内壁１６及び外壁１７を備え、
第１のセクション２の内壁４の少なくとも一部及び第３のセクション１５の外壁１７の第１の部分２０が、互いに離間して対向して、第１の充填空間２１を形成し、
第２のセクション８の内壁１０の少なくとも一部及び第３のセクション１５の外壁１７の第２の部分２２が、互いに離間して対向して、第２の充填空間２３を形成する、第３の中空セクションと、
少なくとも１つの熱力学的流体を、好ましくは高圧かつ超臨界状態で収容するように適合かつ設計された少なくとも１つのチャンバ２４であって、チャンバ２４が、連通している第１の充填空間２１及び第２の充填空間２３を少なくとも備える、少なくとも１つのチャンバ２４と、
チャンバ２４の内側に配設され、第３のセクション１５の外壁１７に対して摺動可能に装着され、かつ第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で移動可能なディスプレーサ２５であって、少なくとも１つの熱力学的流体を第１の充填空間２１と第２の充填空間２３との間で交互に変位させるように構成されている、少なくとも１つのディスプレーサ２５と、
第３のプロファイル１５の内側に配置され、第３のプロファイル１５の内壁１６に対して摺動可能に装着され、かつ第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で移動可能なピストン２６であって、ピストン２６が、少なくとも１つの作動流体Ｊ、Ｈによって第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間で移動されるように適合及び意図されている、ピストンと、を備える。

【0019】

ディスプレーサ２５及びピストン２６は、互いに結合されている。

【0020】

有利には、カートリッジ構成１、１’は、モジュール式かつ拡張可能な解決策を提供する。加えて、第１のプロファイル２及び第２のプロファイル８は、熱伝達流体と熱力学的流体との間の熱伝達の効率に寄与する大きい内部及び外部交換表面を提供する。加えて、第１のプロファイル２及び第２のプロファイル８は、非常に低コストで製造することができる。好ましくは５０バール～３００バール、好ましくは８０バール～２５０バールの圧力下にあり、ディスプレーサ２５を収容するチャンバ２４は、低圧環境から遮断される。低圧環境は、好ましくは０バール～５０バール、好ましくは０バール～１０バールの圧力に対応する。したがって、ディスプレーサ２５は、ピストン２６の変位を介してチャンバ２４の外側から制御される。熱力学的流体は、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２との間の変位中にディスプレーサ２５の周りを流れるため、その熱力学的流体変位機能に加えて、ディスプレーサ２５は、再生器としても作用することができる。加えて、ディスプレーサ２５は、第１の位置Ｐ１又は第２の位置Ｐ２に静止しているときに、熱伝達流体のみによって加熱又は冷却することができる。

【0021】

図１に示すように、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂ及び第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄは、好ましくは低温部分と高温部分との間の温度差を確実にすることによって、熱機関を動作させるのに必要な外部熱を供給する。図１は、ディスプレーサ２５及びピストン２６が第１の位置Ｐ１にあるカートリッジ１を示す。この構成では、熱力学的流体は、第１のセクション２と第３のセクション１５との間に閉じ込められ、したがって、第１の充填空間２１内にあり、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂの温度と接触している。点線は、ディスプレーサ２５及びピストン２６の第２の位置Ｐ２を示し、熱力学的流体は、第２のセクション８と第３のセクション１５との間に閉じ込められ、したがって、第２の充填空間２３内にあり、第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄの温度と接触している。第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２への、又はその逆の変化は、ピストン２６によって、好ましくは点Ｈと点Ｊとの間の相対圧力を用いて制御され、したがって、熱力学的流体が第１の充填空間２１と第２の充填空間２３との間で移動することを可能にする。好ましくは、少なくとも１つのカートリッジ１のチャンバ２４に接続された熱力学的流体供給出口Ｇは、カートリッジ１の内側で生成された高い圧力差がエネルギーのために利用されることを可能にする。

【0022】

チャンバ２４は、大気圧に近いガスと比較して大幅に改善された対流熱伝達を有するように、例えば１０バールを超えるが、理想的にはその臨界圧力以上の圧力下にある熱力学的流体を収容する。この改善は、典型的には、１０［Ｗ／ｍ^２．Ｋ］ではなく、１～２桁の大きさ、すなわち１００～１０００［Ｗ／ｍ^２．Ｋ］である。図２に示すように、高圧熱力学的流体を収容するための第２の充填空間２３は、第３のプロファイル１５と第２のプロファイル８との間に位置する。この第２の充填空間２３において、熱力学的流体は、好ましくは、超臨界状態に維持される。熱力学的流体は二酸化炭素であり得るが、この例は、限定的ではない。図７、図８及び図９に例示するように、第１の充填空間２１は、第３のプロファイル１５と第１のプロファイル２との間に配置されており、この第１の充填空間２１は、熱力学的流体が高圧下で、すなわち好ましくは５０バール～３００バール、好ましくは８０バール～２５０バールの圧力で収容されることを可能にする。この第１の充填空間２１において、熱力学的流体は、好ましくは、超臨界状態に維持される。

【0023】

好ましくは、第１のプロファイル２及び／又は第２のプロファイル８は、高い熱伝導率、好ましくは１００ワット／メートル・ケルビン～４００ワット／メートル・ケルビンの熱伝導率を有する材料、例えばアルミニウム合金又は銅合金で作製される。

【0024】

有利には、第１のプロファイル２及び／又は第２のプロファイル８のこの特性は、熱伝達流体と熱力学的流体との間の熱伝達の効率に寄与する。

【0025】

好ましくは、第３のセクション１５は、好ましくは非磁性材料で作製され、ディスプレーサ２５及びピストン２６は、磁気接続手段２７によって第３のセクション１５を介して互いに磁気的に結合される。

【0026】

有利には、この構成は、ディスプレーサ２５が、ピストン２６とディスプレーサ２５との間の磁気結合を介してチャンバ２４の外側から制御されることを可能にする。この磁気結合は、軸方向の力が機械的接触なしに、したがって摩擦なしに、ディスプレーサ２５に伝達されることを可能にする。したがって、摩擦損失及び摩耗が回避される。この配置は、損失を制限するのにも役立つ。

【0027】

非磁性とは、磁気特性を有しないか、又は透磁率が低い、すなわち１に近く、一般に５０未満である材料を意味する。

【0028】

例えば、第３の部分１５は、ステンレス鋼で作製される。

【0029】

例えば、ピストン２６は、１つ以上の永久磁石３２を備え、ディスプレーサ２５は、１つ以上の永久磁石３３を備え、永久磁石３２、３３は、磁気接続手段２７を形成する。

【0030】

好ましくは、図１、図３、及び図４に例示するように、第１のプロファイル２は、軸Ａ１に沿って第１の長さＬ１にわたって長手方向に延在し、第２のプロファイル８は、軸Ａ１に沿って第２の長さＬ２にわたって長手方向に延在する。

【0031】

好ましくは、第２のセクション８は、軸Ａ１の方向において第１のセクション２の延長にある。

【0032】

例えば、第１の長さＬ１は、図１、図３、及び図４に例示するように、後述する接合手段１４によるカートリッジの対称性を可能にするように、第２の長さＬ２に等しい。

【0033】

好ましくは、第１のセクション２は、第１の端部６及び第２の接合端部７を備え、第２のセクション８は、第１の端部１２及び第２の接合端部１３を、第１のセクション２及び第２のセクション８は、それらのそれぞれの第２の接合端部７、１３において接合手段１４によって互いに接合される。

【0034】

有利には、第１のプロファイル２及び第２のプロファイル８は、熱伝達を回避するために、互いとは別個であるが、接続手段１４によって互いに接続されている。結果として、第１の交換器及び第２の交換器は、接続手段１４上に互いに対向して装着される。

【0035】

図３に例示する本発明の第１の実施形態及び図４に例示する本発明の第２の実施形態では、第２の接合端部７、１３は、一方では接合手段１４との接合を可能にするように構成されており、他方では第１／第２の循環手段３、９に通じる少なくとも１つの開口部を備える。

【0036】

好ましくは、接合手段１４は、第１のプロファイル２及び／又は第２のプロファイル８の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する。

【0037】

有利には、接合手段１４は、第１のセクション２と第２のセクション８との熱分離を可能にする。

【0038】

好ましくは、接合手段１４は、少なくとも、第１のセクション２を第２のセクション８から熱的に絶縁するように配置された少なくとも１つの熱的絶縁材料を含み、逆もまた同様である。

【0039】

有利には、この構成は、カートリッジ１、１’のいわゆる低温部分といわゆる高温部分との間により良好な絶縁を提供する。

【0040】

例えば、図１５に示すように、接合手段１４は、接合プレート３９からなり得、この接合プレートは、絶縁材料の層で両側を覆われ得る。

【0041】

好ましくは、図２、図７、図８及び図９に例示するように、第３のセクション１５、第１のセクション２及び第２のセクション８、ディスプレーサ２５及びピストン２６は、軸Ａ１に沿って同軸である。

【0042】

有利には、この構成は環状チャンバ２４を画定する。したがって、第３の部分１５は、第１の部分２及び第２の部分８よりも小さい直径で同心円状に配置される。

【0043】

好ましくは、第３のセクション１５は、軸Ａ１に沿って第３の長さＬ３にわたって長手方向に延在し、第３の長さＬ３は、第１の長さＬ１又は第２の長さＬ２より大きく、好ましくは第１の長さＬ１と第２の長さＬ２との合計以上である。

【0044】

有利には、この構成では、第３のプロファイル１５は、上記で画定されたように長さＬ３にわたってカートリッジ１、１’のいわゆる低温部分及びいわゆる高温部分と交差する。結果として、ディスプレーサ２５は、第３のプロファイル１５の第３の長さＬ３の少なくとも一部にわたって摺動することによって、いわゆる低温部分といわゆる高温部分との間で交互に移動することができる。

【0045】

例えば、第３のセクション１５は、円筒状の中空管である。

【0046】

好ましくは、第３のセクション１５は、第１の端部１８及び第２の端部１９を備え、第１のセクション２の第１の端部６及び第３のセクション１５の第１の端部１８は、接続手段によって接合され、第２のセクション８の第１の端部１２及び第３のセクション１５の第２の端部１９は、接続手段によって接合される。

【0047】

図３に示す本発明の第１の実施形態及び図４に示す本発明の第２の実施形態では、第１のセクション２の第１の端部６及び第３のセクション１５の第１の端部１８は、例えば、圧着、はんだ付け、接合によって、又は１つ以上の追加の要素によって、互いに取り付けられる。第１のセクション２の第１の端部６は、円錐形状を有するが、この例は、限定的ではない。同様に、第２のセクション８の第１の端部１２及び第３のセクション１５の第２の端部１９は、例えば、圧着、ろう付け、接合によって、又は１つ以上の追加の要素によって、互いに取り付けられる。第２のセクション８の第１の端部１２は、円錐形状を有するが、この例は、限定的ではない。

【0048】

好ましくは、カートリッジ１、１’は、第１のプロファイル２がクランプされる第１の半径方向及び／又は軸方向応力補強部２８と、第２のプロファイル８がクランプされる第２の半径方向及び／又は軸方向応力補強部２９と、を含む。

【0049】

第１の補強部２８及び第２の補強部２９は、半径方向及び／又は軸方向の圧力を吸収し、それによって、第１のプロファイル２の第１の厚さＥ１及び第２のプロファイル８の第２の厚さＥ２を最小化して、熱伝達流体を熱力学的流体に可能な限り近づけるようにする。これらの圧力は、チャンバ２４内に収容された熱力学的流体の圧力に起因するものであり、第１及び第２のプロファイル２、８に加えられる。

【0050】

第１の補強部２８は第１のプロファイル２に接合することができ、第２の補強部２９は第２のプロファイル８に接合することができ、２つの部間の０の半径方向クリアランスを保証する接合方法、すなわち、圧延又はスエージ加工による管のプレス／硬化／接着／形成を使用する。

【0051】

図２は、第２のセクション８の第２の厚さＥ２を最小化するために、第２の補強部２９によって半径方向の力がどのように吸収されるかを例示する。

【0052】

図７、図８及び図９は、第１のセクション２の第１の厚さＥ１を最小化するために、第１の補強部２８によって半径方向の力がどのように吸収されるかを例示する。

【0053】

図３に例示する第１の実施形態及び図４に例示する第２の実施形態に示すように、第１の補強部２８又は第２の補強部２９は、ストラップを備え得る。好ましくは、第１の補強部２８及び第２の補強部２９は、中空円筒形状を有する。

【0054】

有利には、第１のプロファイル２及び第２のプロファイル８は各々、ストラップ内で遊びなく組み立てられる。半径方向の力はストラップによって吸収される。

【0055】

ストラップ自体は、一方の側で第１／第２のプロファイル２、８の第１の端部６、１２に、他方の側で接続手段１４に取り付けることができる。

【0056】

図４に示す第２の実施形態に示すように、第１の補強片２８又は第２の補強片２９は、ストラップに加えて、締結手段５２によって第１／第２のプロファイル２、８に保持されたフランジ５１を備え得る。

【0057】

軸方向の力はフランジによって吸収され、これは、直径が好ましくは２０ミリメートル～１２０ミリメートルであるカートリッジ１、１’にとって特に重要である。

【0058】

フランジ５１は、以下に説明するように、第１／第２の分割壁４８、４９を形成することもできる。

【0059】

図３に示す第１の実施形態では、第１の補強部２８又は第２の補強部２９はストラップのみを備え、軸方向の力は第１／第２のプロファイル２、８及び第３のプロファイル１５によって吸収される。

【0060】

好ましくは、一般的に言えば、第１の補強部２８及び／又は第２の補強部２９及び／又は第１のセクション２及び／又は第２のセクション８及び／又は第３のセクション１５は、軸方向の力を吸収するように設計される。

【0061】

例えば、第１のプロファイル２の第１の厚さＥ１及び／又は第２のプロファイル８の第２の厚さＥ２は、１ミリメートル～１５ミリメートル、好ましくは２ミリメートル～６ミリメートルである。

【0062】

好ましくは、第１のプロファイル２の内壁４及び／又は第２のプロファイル８の内壁１０は、鋸歯状の表面（図７、図８、及び図９）及び／又は滑らかな表面（図２）を有する。

【0063】

図２に示すように、第２のプロファイル８と熱力学的流体との間の滑らかな接触面は、最も単純な管状の形状である。

【0064】

有利には、内壁４及び／又は内壁１０が鋸歯状の表面を有するときに（図７、図８及び図９）、表面積は滑らかな表面（図２）と比較して増加し、熱交換が改善される。したがって、第１のプロファイル２及び／又は第２のプロファイル８と熱力学的流体との間の界面において、交換表面が拡張される。

【0065】

好ましくは、第１のプロファイル２は、内壁４と外壁５との間に第１の厚さＥ１を有し、第１のプロファイル２は、その第１の厚さＥ１において、第１の循環手段３を形成する少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１を備え、少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１は、軸Ａ１に平行な長手方向に長さＬ４にわたって延在する。

【0066】

有利には、少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１は、第１の交換器内の熱伝達流体の循環を可能にする。チャネル３０は、熱伝達流体と第１のプロファイル２との間に実質的な交換表面を提供する。この構成は、熱伝達を最大化するのに役立つ。

【0067】

好ましくは、第２のプロファイル８は、内壁１０と外壁１１との間に第２の厚さＥ２を有し、第２のプロファイル８は、その第２の厚さＥ２において、第２の循環手段９を形成する少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１を備え、少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１は、軸Ａに平行な長手方向に長さＬ５にわたって延在する。

【0068】

有利には、少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１は、第２の交換器内の熱伝達流体の循環を可能にする。チャネル３０は、熱伝達流体と第２のプロファイル８との間に実質的な交換表面を提供し、それにより熱伝達を最大化する。

【0069】

好ましくは、少なくとも１つのチャネル３０は、正方形若しくは長方形若しくは台形（図８）又は円形（図７）の断面を有する。

【0070】

少なくとも１つの溝３１は、開放され得る（図２及び図３）。

【0071】

少なくとも１つのチャネル３０及び／又は少なくとも１つの溝３１は、直線状又は螺旋状であり得る。

【0072】

好ましくは、第１の可能性によれば、ディスプレーサ２５の断面は、ディスプレーサ２５と第１のセクション２の内壁４との間のクリアランスＪ１又はディスプレーサ２５と第２のセクション８の内壁１０との間のクリアランスＪ２を形成するように、チャンバ２４の断面よりも小さい（図２、図７、図８、及び図９）。

【0073】

有利には、このクリアランスＪ１、Ｊ２は、ディスプレーサ２５が移動するときに熱力学的流体の通過を保証する。熱力学的流体が通過するたびに、その熱の一部がディスプレーサ２５に伝達されて再生成機能を実行する。

【0074】

好ましくは、クリアランスＪ１、Ｊ２は、０．０５ミリメートル～５ミリメートル、好ましくは０．１ミリメートル～１ミリメートルである。

【0075】

第２の可能性によれば、ディスプレーサ２５の断面は、チャンバ２４の断面に等しく、ディスプレーサ２５は、少なくとも部分的に多孔質材料で作製されている。

【0076】

ディスプレーサ２５の多孔性は、ディスプレーサ２５の変位中に熱力学的流体の通過を有利に保証する。熱力学的流体が通過するたびに、その熱の一部は、ディスプレーサに伝達されて再生成機能を実行する。

【0077】

好ましくは、チャンバ２４の断面は、環状であり、ディスプレーサ２５の断面は、環状である（図２）。

【0078】

このようにして、チャンバ２４及びディスプレーサ２５の断面は同一であり、デッドボリュームを最小化する。

【0079】

好ましくは、ディスプレーサ２５は、第１のセクション２の内壁４及び／又は第２のセクション８の内壁１０の形状に従う（図７及び図８）。

【0080】

好ましくは、ピストン２６は低圧ピストンである。低圧環境は、好ましくは０バール～５０バール、好ましくは０バール～１０バールの圧力に対応する。

【0081】

図１０に示す本発明の第３の実施形態によれば、カートリッジ１’はハイブリッドと呼ばれ、チャンバ２４の第１の充填空間２１又は第２の充填空間２３の内部に配置された油圧ピストン３４を更に備え、第１の充填空間２１又は第２の充填空間２３は、少なくとも１つの油圧流体を収容するように適合及び設計され、油圧流体の供給出口Ｅに接続されるように適合及び設計され、油圧ピストン３４は、第３のプロファイル１５の外壁１７に対して軸Ａ１の方向に摺動可能に装着され、第１の位置Ｐ３と第２の位置Ｐ４との間で第１の充填空間２１又は第２の充填空間２３の内部で移動可能であり、一方では少なくとも１つの熱力学的流体によって変位され、他方では第１の充填空間２１又は第２の充填空間２３内の少なくとも１つの油圧流体を交互に変位させるように構成されている。

【0082】

有利には、図１０に例示するように、接続プレート３９に対して特定の対称性を維持するために、油圧ピストン３４を上述したカートリッジ１の幾何学的形状と関連付けることが可能である。

【0083】

この構成の特別な特徴は、ディスプレーサ２５が油圧ピストン３４の位置に追従する一方、冷却段階中に油圧ピストン３４に当接して保持されることである。油圧ピストン３４は、２つの熱セクションのうちの一方のみ、いわゆる高温セクション又はいわゆる低温セクションのいずれかにおいて移動する。油圧ピストン３４は、熱力学的流体と油圧流体との間の物理的界面を表し、例えば、流体が非混和性及び不溶性である場合、完全にシールされる必要はない。この構成は、以下に詳述されるように、システムがモジュール内で使用されるときに、油圧ピストン３４の統合を簡略化する。

【0084】

図１１に例示する本発明の第４の代替実施形態によれば、カートリッジ１のチャンバ２４は、油圧流体Ｅのための供給回路に接続されるように適合及び意図された油圧ピストン３４に接続されるように適合及び意図されている。好ましくは、少なくとも１つのカートリッジ１のチャンバ２４に接続された熱力学的流体供給出口Ｇは、油圧ピストン３４に接続することができ、油圧ピストン３４は、熱力学的流体から油若しくは水又は同等物などの油圧流体への圧力の伝達を保証する。油圧ピストン３４は、好ましくは、管又はシリンダ内に収容される。この油圧ピストン３４は、理想的には、例えば第１／第２の供給回路Ａ、Ｂ／Ｃ、Ｄを介して、第１／第２の熱源によって供給されることによって温度に維持される。有利には、カートリッジ１を出る熱力学的流体は、油圧ピストン３４に第１／第２の熱源が供給されるかどうかに応じて、冷却又は加熱され続ける。有利には、エネルギー回収システムのための作動流体は、熱力学的流体とは異なり得、超臨界相の熱力学的流体で動作するタービンの使用を回避する。同様に、１つ以上のカートリッジ１が１つ以上の油圧ピストン３４に接続され得る。油圧ピストン３４は、熱供給を集中させるために、以下に説明されるモジュールの外側にあり得るか、又は以下に説明されるモジュールの内側にあり得る。

【0085】

本発明はまた、熱力学サイクル熱機関のための、第１の熱源に接続された低温部分と第２の熱源に接続された高温部分との間で熱力学的流体を交互に移動させるためのモジュールであって、本発明による上述の少なくとも１つのカートリッジ１、１’又は複数のカートリッジ１、１’を備え、
第１の循環手段３の少なくとも１つの第１の供給ポート３５及び少なくとも１つの第２の供給ポート３６を介して、少なくとも１つのカートリッジ１、１’の第１の循環手段３に接続された第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂと、
第２の循環手段９の少なくとも１つの第３の供給ポート３７及び少なくとも１つの第４の供給ポート３８を介して少なくとも１つのカートリッジ１の第２の循環手段９に接続された第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄと、
少なくともカートリッジ１接合手段１４を備える接合プレート３９と、
第３のセクション１５に含まれる少なくとも１つの第５の供給ポート４０及び第３のセクション１５に含まれる少なくとも１つの第６の供給ポート４１によって少なくとも１つのカートリッジ１の第３のセクション１５に接続され、ピストン２６の変位を案内するように配置された作動流体供給回路Ｈ、Ｊと、
少なくとも１つのカートリッジ１のチャンバ２４に接続された熱力学的流体供給出口Ｇ、又はチャンバ２４の第１の充填空間２１若しくは第２の充填空間２３に接続された油圧流体供給出口Ｅと、を備える。

【0086】

有利には、モジュールは、所望の熱機関出力に応じて、１つ以上のカートリッジ１、１’を備えることができる。モジュールのサイズは、熱機関の目標出力のために組み込まれるカートリッジ１、１’の数に適合させることができる。

【0087】

図１２に示す例では、モジュールは、単一のカートリッジ１を備える。

【0088】

図１８及び図１９に示す例では、モジュールは６つのカートリッジ１を備える。

【0089】

好ましくは、モジュールは、チャンバ２４の第１の充填空間２１又は第２の充填空間２３の内部に配置された油圧ピストン３４を備える少なくとも１つの前述のハイブリッドカートリッジ１’を備える。

【0090】

図１３に示す例では、モジュールは、単一のハイブリッドカートリッジ１’を備える。しかしながら、油圧ピストンを有しない図１２に示すモジュールと比較して、交換表面は、高温部分と低温部分との間でもはや対称ではない。

【0091】

図１４に示す例では、モジュールは、カートリッジ１及びいわゆるハイブリッドカートリッジ１’を備える。しかしながら、油圧ピストンを有しない図１２に示すモジュールと比較して、交換表面は、高温部分と低温部分との間でもはや対称ではない。この対称性の欠如は、複数カートリッジモジュール１、１’において、いわゆる水素化物カートリッジ１’を油圧ピストン３４を有しない、いくつかの基本カートリッジ１と組み合わせた比率を使用することによって部分的に補償することができる。次いで、いわゆるハイブリッドカートリッジ１’の油圧ピストン３４が、油圧ピストン３４なしでいくつかのカートリッジ１の膨張を引き継ぐ。

【0092】

例えば、図１６及び図１７に示すように、モジュールは、１つのいわゆるハイブリッドカートリッジ１’に対する油圧ピストン３４を有しない２つのカートリッジ１の比で６つのカートリッジ１、１’を統合する。

【0093】

好ましくは、モジュールは、接合プレート３９によって分離され、少なくとも１つのカートリッジ１、１’又は複数のカートリッジ１、１’の少なくとも一部を収容する２つの絶縁ケーシングを備える。

【0094】

２つの絶縁ケーシングは、１つ以上のケーシングによって区切ることができる。

【0095】

有利には、各絶縁ケーシングは、第１又は第２の熱源に直接接続され、これにより、少なくとも１つのカートリッジ１、１’又は複数のカートリッジ１、１’に、熱伝達流体を、各カートリッジ１、１’に個別に供給しなければならない代わりに、中央から供給することが可能になる。

【0096】

２つの絶縁ケーシングのサイズは、目標とする熱機関出力のために組み込まれるカートリッジ１、１’の数に適合させることができる。

【0097】

好ましくは、作動流体供給回路Ｈ、Ｊは、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂ及び第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄによって形成される。

【0098】

この場合、第５の供給ポート４０における作動流体供給源Ｈ、Ｊは、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂのものと同一であり、同じように第６の供給ポート４１における作動流体供給源は、第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄのものと同一である。結果として、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂと第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄとの間の相対的な圧力差によって、ピストン２６を作動させることが可能になる。

【0099】

好ましくは、及び代替的に、作動流体供給回路Ｈ、Ｊは、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂ及び第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄとは別個である（図１８及び図１９）。

【0100】

好ましくは、接続プレート３９は、第１のプロファイル２及び／又は第２のプロファイル８の熱伝導率よりも低い熱伝導率を有する。

【0101】

有利には、接合プレート３９は、熱分離機能を有する。

【0102】

好ましくは、接続プレート３９は、鋼タイプの金属で作製される。

【0103】

好ましくは、第１の補強片２８及び第２の補強片２９は、それぞれ接続プレート３９に取り付けられる。

【0104】

好ましくは、図１２、図１３、及び図１４に示すように、モジュールは、第１の循環手段３の少なくとも１つの第１の供給ポート３５に通じる少なくとも１つの第１の区画４４と、第１の循環手段３の少なくとも１つの第２の供給ポート３６に通じる少なくとも１つの第２の区画４５と、を含む、第１の絶縁ケーシング４３を備える。

【0105】

好ましくは、追加的又は代替的に、図１２、図１３、及び図１４に例示するように、モジュールは、第２の循環手段９の少なくとも１つの第３の供給ポート３７に通じる少なくとも１つの第３の区画４６と、第２の循環手段９の少なくとも１つの第４の供給ポート３８に通じる少なくとも１つの第４の区画４７と、を備える、第２の絶縁ケーシング４３’を備える。

【0106】

好ましくは、第２の補強部２９は、第２の循環手段９の第３の供給ポート３７及び第４の供給ポート３８を備える。

【0107】

結果として、第１の絶縁ケーシング４３は、カートリッジ１、１’のいわゆる低温部分を備え、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂに供給するために第１の熱源から来る熱伝達流体を受容するように設計される。結果として、第２の絶縁ケーシング４３’は、カートリッジ１、１’のいわゆる高温部分を備え、第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄに供給するために第２の熱源から来る熱伝達流体を受容するように設計される。

【0108】

好ましくは、接合プレート３９は、第１のケーシング４３を第２のケーシング４３’から分離する。

【0109】

好ましくは、第１の補強片２８は、第１の循環手段３の第１の供給ポート３５及び第２の供給ポート３６を備える。

【0110】

この構成は、第１／第２の補強材２８、２９及び第１／第２のプロファイル２、８が熱伝達流体に浸漬されることを可能にする。

【0111】

第１の区画４４及び第２の区画４５は、好ましくは、少なくとも１つの第１の分離壁４８によって区切られる。

【0112】

第３の区画４６及び第４の区画４７は、好ましくは、少なくとも１つの第２の分割壁４９によって区切られる。

【0113】

第１の分割壁４８及び／又は第２の分割壁４９は、油圧シャッタとして作用し、好ましくは高い機械的応力に耐えない。

【0114】

第１の分割壁４８及び／又は第２の分割壁４９は、好ましくはプラスチック又はエラストマー材料で作製されるが、これらの例は、限定的ではない。

【0115】

第１の供給ポート３５及び第２の供給ポート３６は、第１の分離壁４８のいずれかの側に配置され、これにより、ＡとＢとの間の熱伝達流体の流れが、第１の補強部２８の外側ではなく、第１の補強部２８の内側で第１の補強部２８と第１のプロファイル２との間で生じることが保証される。

【0116】

第３の供給ポート３７及び第４の供給ポート３８は、第１の分離壁４８のいずれかの側に配置され、これにより、ＣとＤとの間の熱伝達流体の流れが、第２の補強部２９の外側ではなく、第２の補強部２９と第２のプロファイル８との間で生じることが保証される。

【0117】

好ましくは、Ｈ、Ｊ作動流体供給回路の少なくとも１つの第５の供給ポート４０は、第１の区画４４に通じており、Ｈ、Ｊ作動流体供給回路の少なくとも１つの第６の供給ポート４１は、第３の区画４６に通じている。

【0118】

この場合、第５の供給ポート４０における作動流体供給源Ｈ、Ｊは、第１の熱伝達流体供給回路Ａ、Ｂのものと同一であり、同じように第６の供給ポート４１における作動流体供給源は、第２の熱伝達流体供給回路Ｃ、Ｄのものと同一である。

【0119】

図１４に示すように、モジュールは、少なくとも２つのカートリッジ１、１’を備え得、各カートリッジ１のチャンバ２４は、好ましくは少なくとも１つの接合プレート３９に配置された少なくとも１つの相互接続ライン５０によって相互接続され、モジュールの熱力学的流体供給出口Ｇ又はモジュールの油圧流体供給出口Ｅは、好ましくは接合プレート３９に配置される。

【0120】

有利には、少なくとも１つの相互接続ダクト５０は、各カートリッジ１、１’の各チャンバ２４の相互接続を可能にする。

【0121】

本発明はまた、熱エネルギーの機械エネルギーへの少なくとも１つの変換を実行するように適合及び意図された熱機関であって、好ましくは超臨界状態にある少なくとも１つの熱力学的流体を含み、少なくとも１つの等容加熱段階、任意選択で等圧加熱段階、膨張段階及び等圧冷却段階を含む熱力学サイクルを実装するように適合及び意図された熱機関に関し、熱機関は、上述の本発明による少なくとも１つのモジュールを備える。

【0122】

当然のことながら、本発明は、説明され添付図面に示された実施形態に限定されない。しかしながら、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、特に様々な要素の構成に関して、又は技術的等価物の置換によって、修正が可能なままである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【国際調査報告】