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(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】2024-03-18
(54)【発明の名称】熱機関
(51)【国際特許分類】
F02G 1/043 20060101AFI20240311BHJP
F02G 1/055 20060101ALI20240311BHJP
【ＦＩ】
F02G1/043 D
F02G1/055 G
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023555777
(86)(22)【出願日】2022-03-15
(85)【翻訳文提出日】2023-09-15
(86)【国際出願番号】 EP2022056726
(87)【国際公開番号】W WO2022194878
(87)【国際公開日】2022-09-22
(31)【優先権主張番号】2102659
(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
(57)【要約】
本発明は、熱機関であって、第１の熱源と、第２の熱源と、第１の熱源（１）に接続された低温部分（４）と第２の熱源（２）に接続された高温部分（５）との間で交互に熱力学的流体を変位させるためのモジュール（３’）であって、前記モジュール（３’）は、熱力学的流体を収容することができ、熱力学的流体を収容することが意図されたチャンバを備え、チャンバは、熱力学的流体（Ｇ）の供給出口に接続され、上記モジュール（３’）は、上記チャンバ内で低温部分（４）と高温部分（５）との間で交互に移動することのできるディスプレーサを更に備えるモジュール（３’）と、熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための第１の変換ユニット（６）であって、変換ユニット（６）は、少なくとも１つのモータ（８）を含んで熱力学的流体（Ｇ）の供給出口に接続される少なくとも１つの回路（７）を備える第１の変換ユニット（６）と、上記モジュール（３’）内の熱力学的サイクルの段階を制御するために第１の変換ユニット（６）内に配置された第１の制御ユニットと、高温部分（５）と低温部分（４）との間で交互に上記ディスプレーサの変位を制御するための上記モジュール（３’）の第２の制御ユニットと、を備える熱機関に関する。
【選択図】図４
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つの熱力学的流体を含む熱エネルギーの機械エネルギーへの少なくとも１つの変換を行うように適合及び設計され、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的サイクルを実施するように適合及び設計された熱機関であって、前記熱機関は、少なくとも、－熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第１の温度Ｔ１の第１の熱源（１）と、
－熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第２の温度Ｔ２の第２の熱源（２）であって、前記第１の温度Ｔ１と前記第２の温度Ｔ２とは異なる、第２の熱源（２）と、
－前記第１の熱源（１）に接続された低温部分（４）と前記第２の熱源（２）に接続された高温部分（５）との間で交互に前記熱力学的流体を移動させるための少なくとも１つのモジュール（３、３’）であって、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）は、少なくとも前記低温部分（４）を備え、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）は、前記第１の熱源（１）及び前記低温部分（４）に接続された第１の伝熱流体供給回路（Ａ、Ｂ）を備え、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）は、少なくとも前記高温部分（５）を備え、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）は、前記第２の熱源（２）及び前記高温部分（５）に接続された第２の伝熱流体供給回路（Ｃ、Ｄ）を備え、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）は、前記少なくとも１つの熱力学的流体を収容するのに好適であり、かつ収容するように設計され、第１の圧力Ｐ１の少なくとも１つの熱力学的流体供給出口（Ｇ）又は第２の圧力Ｐ２の油圧流体供給出口（Ｅ）に接続された、少なくとも１つのチャンバを備える、少なくとも１つのモジュール（３、３’）と、
－前記熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための少なくとも１つの第１の変換ユニット（６）であって、少なくとも機械的変換手段、好ましくはモータ（８）を備える少なくとも１つの回路（７）を備え、前記第１の変換ユニット（６）は、前記熱力学的流体供給出口（Ｇ）又は前記油圧流体供給出口（Ｅ）に接続されている、少なくとも１つの第１の変換ユニット（６）と、を備え、
前記熱機関は、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）が、前記チャンバ内で前記低温部分（４）と前記高温部分（５）との間で交互に移動可能な少なくとも１つのディスプレーサを更に備え、
前記チャンバが、５０バール～３００バールの圧力を有し、超臨界状態にある前記少なくとも１つの高圧熱力学的流体を収容するのに好適であり、かつ収容するように意図されており、
前記熱機関が、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）における、前記熱力学的サイクルがある段階を少なくとも制御するように構成された、前記第１の変換ユニット（６）内に少なくとも部分的に配された少なくとも第１の制御ユニットを備え、
前記熱機関が、前記高温部分（５）と前記低温部分（４）との間での交互の前記少なくとも１つのディスプレーサの変位を制御するように構成された、前記少なくとも１つのモジュール（３、３’）の第２の制御ユニットを備えることを特徴とする、熱機関。
【請求項2】
前記第１の変換ユニット（６）が、好ましくは前記超臨界状態の熱力学的流体（１４）を有する油圧モータ（１２）又はタービンである機械的変換手段、好ましくは前記モータ（８）の下流に接続された少なくとも１つの蓄圧器（１１）を備え、前記蓄圧器（１１）が、前記回路（７）の圧力を前記熱力学的流体の臨界圧力以上に維持又は変化させることができ、かつ維持又は変化させるように意図されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱機関。
【請求項3】
前記第１の制御ユニットが、前記熱力学的サイクルがある段階を制御し、特に前記サイクルの各段階の完了を決定するように構成された少なくとも１つの圧力及び／又は流量測定部材（９）を備え、前記圧力及び／又は流量測定部材（９）が、前記チャンバと前記蓄圧器（１１）との間に配され、好ましくは前記熱力学的流体供給出口（Ｇ）又は前記油圧流体供給出口（Ｅ）と前記蓄圧器（１１）との間に配されていることを特徴とする、請求項２に記載の熱機関。
【請求項4】
前記第１の制御ユニットが、前記熱力学的サイクルの前記等圧加熱段階及び／又は前記膨張段階を少なくとも制御／案内するように構成された前記回路（７）の少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素（１３）を備え、前記少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素（１３）が、前記熱力学的流体供給出口（Ｇ）又は前記油圧流体供給出口（Ｅ）と前記蓄圧器（１１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の熱機関。
【請求項5】
前記機械的変換手段、好ましくは前記モータ（８）の下流で前記第１の変換ユニット（６）に接続された第２の機械エネルギー電気エネルギー変換ユニット（１８）を更に備え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熱機関。
【請求項6】
前記第２の変換ユニット（１８）が、一方でカップリング（２０）に接続され、他方で発電機（２１）に接続された少なくとも１つの慣性（１９）を備えることを特徴とする、請求項５に記載の熱機関。
【請求項7】
前記モジュール（３、３’）が、シリンダ内に収容された少なくとも１つのピストンを備え、前記シリンダが、前記シリンダ内で移動可能な前記ピストンの変位を制御するために、前記シリンダの第１の端部及び第２の端部を介して作動流体供給回路（Ｊ、Ｈ）に接続されており、前記ディスプレーサ及び前記ピストンが互いに結合されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の熱機関。
【請求項8】
前記第２の制御ユニットが、前記少なくとも１つのディスプレーサを前記高温部分（５）と前記低温部分（４）との間で交互に変位させるように前記第１の端部と前記第２の端部との間の圧力差を維持又は変化させるために、前記シリンダの前記第１の端部に少なくとも１つの第１の圧力及び／又は流量調節部材と、前記シリンダの前記第２の端部に少なくとも１つの第２の圧力及び／又は流量調節部材と、を備えることを特徴とする、請求項７に記載の熱機関。
【請求項9】
前記作動流体供給回路（Ｊ、Ｈ）が、前記第１の伝熱流体供給回路（Ａ、Ｂ）及び前記第２の伝熱流体供給回路（Ｃ、Ｄ）によって形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の熱機関。
【請求項10】
前記第２の制御ユニットが、少なくとも、前記第１の熱源（１）の圧力及び／又は流量を調節するための第１の部材と、前記第２の熱源（２）の圧力及び／又は流量を調節するための第２の部材とを備え、前記第１の圧力及び／又は流量調節器並びに前記第２の圧力及び／又は流量調節器が、前記少なくとも１つのディスプレーサを前記低温部分（４）と前記高温部分（５）との間で交互に変位させるように前記第１の熱源（１）と前記第２の熱源（２）との間の圧力差を維持又は変化させるように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の熱機関。
【請求項11】
前記第１の熱源（１）が、前記第１の圧力及び／又は流量調節部材を形成する少なくとも１つの好ましくは油圧ポンプを備え、前記第２の熱源（２）が、前記第２の圧力及び／又は流量調節部材を形成する第２の好ましくは油圧ポンプを備えることを特徴とする、請求項１０に記載の熱機関。
【請求項12】
前記第２の制御ユニットが、少なくとも、前記第１の供給回路（Ａ、Ｂ）の圧力及び／又は流量を調節するための第３の部材と、前記第２の供給回路（Ｃ、Ｄ）の圧力及び／又は流量を調節するための第４の部材とを備え、前記第３の圧力及び／又は流量調節部材並びに前記第４の圧力及び／又は流量調節部材が、前記少なくとも１つのディスプレーサを前記低温部分（４）と前記高温部分（５）との間で交互に変位させるように、前記第１の供給回路（Ａ、Ｂ）と前記第２の供給回路（Ｃ、Ｄ）との間の圧力差を維持又は変化させるように構成されていることを特徴とする、請求項９に記載の熱機関。
【請求項13】
前記圧力及び／若しくは流量調節要素（１３）、並びに／又は、前記第１の伝熱流体供給回路（Ａ、Ｂ）の前記第１の圧力及び／若しくは流量調節部材、並びに／又は、前記第２の圧力及び／若しくは流量調節部材、並びに／又は、前記第３の圧力及び／若しくは流量調節部材と／あるいは、前記第２の伝熱流体供給回路（Ｃ、Ｄ）の前記第４の圧力調節器は、圧力リミッタ（１６、２６、２７）、及び／又は、流量調節器（２８、２９）、及び／又は、油圧弁（１５）、及び／又は、調節可能な流量リミッタ、及び／又は、可変絞りオリフィス（１７）、又は、追加の蓄圧器（３０）から選択されることを特徴とする、請求項３～１２のいずれか一項に記載の熱機関。
【請求項14】
前記回路（７）の前記圧力及び／又は流量測定部材（９）が、少なくとも１つの圧力センサ（９０）、又は流量計、又は回転速度センサ（１０）、又は油圧ピストンの線形変位センサから選択されることを特徴とする、請求項３に記載の熱機関。
【請求項15】
前記熱機関が、少なくとも、第１のモジュール（３、３’）及び第２のモジュール（３、３’）を備え、前記第１のモジュール（３、３’）及び前記第２のモジュール（３、３’）が、第１の相互接続ライン（３１）によって、それらの熱力学的流体供給出口（Ｇ）又はそれらの油圧流体供給出口（Ｅ）において互いに直列に接続され、それらの第１の供給回路（Ａ、Ｂ）において互いに直列に接続され、それらの第２の供給回路（Ｃ、Ｄ）において互いに直列に接続されてい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熱機関。
【請求項16】
前記第１の制御ユニットは、前記第１のモジュール（３、３’）及び前記第２のモジュール（３、３’）において、前記熱力学的サイクルがある段階を少なくとも中央制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の熱機関。
【請求項17】
前記第２の制御ユニットが、前記第１のモジュール（３、３’）及び前記第２のモジュール（３、３’）に共通であり、前記第１のモジュール（３、３’）の前記少なくとも１つのディスプレーサ及び前記第２のモジュール（３、３’）の前記少なくとも１つのディスプレーサを中央制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の熱機関。
【請求項18】
前記熱機関が、少なくとも１つの第１のモジュール（３２）及び少なくとも１つの第２のモジュール（３３）を備え、前記第１のモジュール（３１）及び前記第２のモジュール（３３）が、それぞれ、それらの熱力学的流体供給出口（Ｇ）を介して、又はそれらの油圧流体供給出口（Ｅ）を介して、前記第１の変換ユニット（６）に接続され、前記第１のモジュール（３１）及び前記第２のモジュール（３３）が、前記第１のモジュール（３１）の前記少なくとも１つのディスプレーサが前記低温部分（４）にあるとき、前記第２のモジュール（３３）の前記少なくとも１つのディスプレーサが前記高温部分（５）にあるように構成されていることを特徴とする、請求項１～１７のいずれか一項に記載の熱機関。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱機関の分野に関する。
【背景技術】
【0002】
可動部品の機械的結合が存在する従来のスターリング機関などの熱機関の制御は、回転速度が主に高温源と低温源との間の温度差に依存するため複雑である。結果として、このタイプの熱機関の実際の熱力学的サイクルは、２つの等容変換及び２つの等温変換からなる理想的なスターリングサイクルからはるかにかけ離れている。したがって、効率は理論レベルよりもかなり低い。
【0003】
サイクルを改善し、理論サイクルにできるだけ近づけるために、改良がなされてきた。例えば、国際公開第２０１０／０４３４６９（Ａ１）号は、流体ピストンスターリングサイクル熱機関を制御する方法を提案している。このプロセスは、スターリングサイクルに基づいており、熱力学的流体が、作動流体管理に取って代わられている。この論理の主な欠点は、作動流体が高温部分と低温部分との間を流れ、結果として著しい熱損失をもたらすことである。加えて、等温圧縮では、油圧圧縮機による調節を必要とする。
【0004】
国際公開第８４／００３９９（Ａ１）号は、外部燃焼によって熱が供給されるスターリング機関のためのディスプレーサ位置と作動ピストン位置との間の機械的分離の例を開示している。しかしながら、このシステムは、作動ピストンに加えて油圧ピストンを用いて作動し、特に、空気を燃料と混合する前に空気を圧縮するためにポンプがピストン間に組み込まれているので、機関及びその制御がより複雑になる。
【0005】
低温熱－電気変換プロセスの別の分野は、有機流体の相変化を利用するＯＲＣ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｒａｎｋｉｎｅ Ｃｙｃｌｅ、有機ランキンサイクル）システムである。これらのシステムは、理論的には非常に低温の供給源からエネルギーを回収することができるが、現在、１００℃未満の温度では経済的に実行可能ではない。加えて、これらは、流体が膨張及び圧縮構成要素を通過する際に実際に単相、すなわち気体又は液体のいずれかであることを保証するため、低温源及び高温源の温度に基づく連続サイクル管理を必要とする。圧縮機もまた、低圧部分と高圧部分との間の圧縮に不可欠である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、これらの欠点の少なくとも１つを克服し、代替的な熱機関の解決策を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この目的のために、本発明は、少なくとも１つの熱力学的流体を含む熱エネルギーの機械エネルギーへの少なくとも１つの変換を行うように適合及び意図され、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的サイクルを実施するように適合及び意図された熱機関であって、
熱機関は、少なくとも
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第１の温度の第１の熱源と、
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第２の温度の第２の熱源であって、第１の温度と第２の温度とは異なる、第２の熱源と、
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交互に熱力学的流体を移動させるための少なくとも１つのモジュールであって、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも低温部分を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、第１の熱源及び低温部分に接続された第１の伝熱流体供給回路を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも高温部分を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、第２の熱源及び高温部分に接続された第２の伝熱流体供給回路を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも１つの熱力学的流体を好ましくは高圧及び超臨界状態で収容するように適合及び設計され、第１の圧力の少なくとも１つの熱力学的流体供給出口又は第２の圧力の油圧流体供給出口に接続された、少なくとも１つのチャンバを備える、少なくとも１つのモジュールと、
－熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための少なくとも１つの第１のユニットであって、少なくとも機械的変換手段、好ましくはモータを備える少なくとも１つの回路を備え、上記第１の変換ユニットは、熱力学的流体供給出口又は油圧流体供給出口に接続されている、少なくとも１つの第１の変換ユニットと、を備え、
上記熱機関は、
上記少なくとも１つのモジュールが、上記チャンバ内で低温部分と高温部分との間で交互に移動可能な少なくとも１つのディスプレーサを更に備え、
上記チャンバが、５０バール～３００バールの圧力を有し、超臨界状態にある上記少なくとも１つの高圧熱力学的流体を収容するのに好適であり、収容するように設計されており、
熱機関が、少なくとも１つのモジュールにおける、熱力学的サイクルがある段階を少なくとも制御するように構成された、第１の変換ユニット内に少なくとも部分的に配された少なくとも第１の制御ユニットを備え、
熱機関が、高温部分と低温部分との間での交互の上記少なくとも１つのディスプレーサの変位を制御するように構成された、少なくとも１つのモジュールの第２の制御ユニットを備えることを特徴とする、熱機関に関する。
熱機関は、少なくとも
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第１の温度の第１の熱源と、
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第２の温度の第２の熱源であって、第１の温度と第２の温度とは異なる、第２の熱源と、
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交互に熱力学的流体を移動させるための少なくとも１つのモジュールであって、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも低温部分を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、第１の熱源及び低温部分に接続された第１の伝熱流体供給回路を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも高温部分を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、第２の熱源及び高温部分に接続された第２の伝熱流体供給回路を備え、
上記少なくとも１つのモジュールは、少なくとも１つの熱力学的流体を好ましくは高圧及び超臨界状態で収容するように適合及び設計され、第１の圧力の少なくとも１つの熱力学的流体供給出口又は第２の圧力の油圧流体供給出口に接続された、少なくとも１つのチャンバを備える、少なくとも１つのモジュールと、
－熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための少なくとも１つの第１のユニットであって、少なくとも機械的変換手段、好ましくはモータを備える少なくとも１つの回路を備え、上記第１の変換ユニットは、熱力学的流体供給出口又は油圧流体供給出口に接続されている、少なくとも１つの第１の変換ユニットと、を備え、
上記熱機関は、
上記少なくとも１つのモジュールが、上記チャンバ内で低温部分と高温部分との間で交互に移動可能な少なくとも１つのディスプレーサを更に備え、
上記チャンバが、５０バール～３００バールの圧力を有し、超臨界状態にある上記少なくとも１つの高圧熱力学的流体を収容するのに好適であり、収容するように設計されており、
熱機関が、少なくとも１つのモジュールにおける、熱力学的サイクルがある段階を少なくとも制御するように構成された、第１の変換ユニット内に少なくとも部分的に配された少なくとも第１の制御ユニットを備え、
熱機関が、高温部分と低温部分との間での交互の上記少なくとも１つのディスプレーサの変位を制御するように構成された、少なくとも１つのモジュールの第２の制御ユニットを備えることを特徴とする、熱機関に関する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明は、非限定的な例として与えられて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参照した以下の説明からより良く理解されるであろう。
【図1】モジュールタイプの機能としての熱機関の概略図を示す。
【図2】二酸化炭素熱機関の熱力学的サイクルの温度Ｔ－エントロピーＳ図を示す。
【図3】本発明の第１の変形例による熱機関の概略図を示し、第１の制御ユニットを示す。
【図4】本発明の第２の変形例による熱機関の概略図を示し、第１の制御ユニットを示す。
【図5】第１の可能性による第２の制御ユニットを示す熱機関モジュールの概略図を示す。
【図6】第２の可能性による第２の制御ユニットを示す熱機関モジュールの概略図を示す。
【図7】第２の制御ユニットを示す熱機関モジュールの概略図を示す。
【図8】第１の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示す。
【図9】第２の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示す。
【図10】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示す。
【図11】第４の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示す。
【図12】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図13】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図14】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図15】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図16】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図17】第３の例による逆段階アーキテクチャを有する熱機関の概略図を示し、その動作を示す。
【図18】本発明の第１の変形例による熱機関の概略図を示し、圧力リミッタが追加の蓄圧器に置き換えられている。
【図19】カートリッジを備えたモジュールの断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0009】
熱機関は、少なくとも１つの熱力学的流体を含む熱エネルギーの機械エネルギーへの少なくとも１つの変換を行うように適合及び設計され、少なくとも１つの等容加熱段階１－２、任意選択で等圧加熱段階２－３、膨張段階３－４、及び等圧冷却段階４－１（図２）を含む熱力学的サイクルを実施するように適合及び設計される。
【0010】
熱機関は、少なくとも、
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第１の温度Ｔ１の第１の熱源１（図１）と、
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第２の温度Ｔ２の第２の熱源２であって、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２とは異なる、第２の熱源２（図１）と、
第１の熱源１に接続された低温部分４と第２の熱源２に接続された高温部分５との間で交互に熱力学的流体を移動させるための少なくとも１つのモジュール３、３’（図３～図１６）であって、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、少なくとも低温部分４を備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、第１の熱源１及び低温部分４に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂを備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、少なくとも高温部分５を備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、第２の熱源２及び高温部分５に接続された第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄを備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、上記少なくとも１つの熱力学的流体を収容するのに好適であり、かつ収容するように設計され、第１の圧力Ｐ１の少なくとも１つの熱力学的流体供給出口Ｇ又は第２の圧力Ｐ２の油圧流体供給出口Ｅに接続された、少なくとも１つのチャンバを備える、少なくとも１つのモジュール３、３’と、
熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための少なくとも１つの第１の変換ユニット６であって、少なくとも機械的変換手段、好ましくはモータ８を備える少なくとも１つの回路７を備え、上記第１の変換ユニット６は、熱力学的流体供給出口Ｇ（図４及び図１１）又は油圧流体供給出口Ｅ（図３、図８～図１０）に接続されている、少なくとも１つの第１の変換ユニット６と、を備える。
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第１の温度Ｔ１の第１の熱源１（図１）と、
熱エネルギーを収容し、少なくとも１つの伝熱流体に伝達するように構成された第２の温度Ｔ２の第２の熱源２であって、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２とは異なる、第２の熱源２（図１）と、
第１の熱源１に接続された低温部分４と第２の熱源２に接続された高温部分５との間で交互に熱力学的流体を移動させるための少なくとも１つのモジュール３、３’（図３～図１６）であって、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、少なくとも低温部分４を備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、第１の熱源１及び低温部分４に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂを備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、少なくとも高温部分５を備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、第２の熱源２及び高温部分５に接続された第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄを備え、
上記少なくとも１つのモジュール３、３’は、上記少なくとも１つの熱力学的流体を収容するのに好適であり、かつ収容するように設計され、第１の圧力Ｐ１の少なくとも１つの熱力学的流体供給出口Ｇ又は第２の圧力Ｐ２の油圧流体供給出口Ｅに接続された、少なくとも１つのチャンバを備える、少なくとも１つのモジュール３、３’と、
熱力学的流体の圧力差を機械エネルギーに変換するための少なくとも１つの第１の変換ユニット６であって、少なくとも機械的変換手段、好ましくはモータ８を備える少なくとも１つの回路７を備え、上記第１の変換ユニット６は、熱力学的流体供給出口Ｇ（図４及び図１１）又は油圧流体供給出口Ｅ（図３、図８～図１０）に接続されている、少なくとも１つの第１の変換ユニット６と、を備える。
【0011】
本発明によれば、熱機関は、上記少なくとも１つのモジュール３、３’が、上記チャンバ内で低温部分４と高温部分５との間で交互に移動可能な少なくとも１つのディスプレーサを更に備え、
上記チャンバが、５０バール～３００バールの圧力を有し、超臨界状態にある上記少なくとも１つの高圧熱力学的流体を収容するのに好適であり、収容するように設計されており、
熱機関が、上記少なくとも１つのモジュール３、３’において、熱力学的サイクルがある段階を少なくとも制御するように構成された第１の変換ユニット６内に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１の制御ユニットを備え、
熱機関が、高温部分５と低温部分４との間での交互の上記少なくとも１つのディスプレーサの変位を制御するように構成された、少なくとも１つのモジュール３、３’の第２の制御ユニットを備えることを特徴とする。
上記チャンバが、５０バール～３００バールの圧力を有し、超臨界状態にある上記少なくとも１つの高圧熱力学的流体を収容するのに好適であり、収容するように設計されており、
熱機関が、上記少なくとも１つのモジュール３、３’において、熱力学的サイクルがある段階を少なくとも制御するように構成された第１の変換ユニット６内に少なくとも部分的に配置された少なくとも１つの第１の制御ユニットを備え、
熱機関が、高温部分５と低温部分４との間での交互の上記少なくとも１つのディスプレーサの変位を制御するように構成された、少なくとも１つのモジュール３、３’の第２の制御ユニットを備えることを特徴とする。
【0012】
有利なことに、本発明による熱機関は、好ましくは低温で、すなわち温度Ｔ１、Ｔ２が１５０℃を超えない第１及び第２の熱源１、２について、熱の機械エネルギーへの変換を可能にする。この変換は、第１の熱源１及び第２の熱源２を介して交互に加熱及び冷却される、好ましくは超臨界段階の熱力学的流体を使用する閉じた熱力学的サイクルで行われる。図２に示されるように、熱力学的サイクルは、少なくとも１つの等容加熱段階１－２、任意選択で等圧加熱段階２－３、好ましくはポリトロープ膨張段階３－４、及び等圧冷却段階４－１を含む。超臨界熱力学的サイクルは、等容加熱１－２を含み、これは、加熱中の圧力が１００バール～２００バールの設定限界値を超える場合、等圧加熱２－３によって完了される。熱力学的流体が二酸化炭素であるとき、熱力学的流体の圧力範囲は、典型的には７４バール～３５０バール、好ましくは７４バール～２５０バールであり、温度範囲は、０℃～１５０℃、好ましくは１０℃～１００℃である。熱力学的サイクルのこれらの異なる段階は、熱力学的流体が従う実際の熱力学的サイクルを加減するように制御され得る。これにより、効率及び平均出力に連続的に影響を与えることを可能にする。有利には、第１の変換ユニット６は、熱力学的流体供給出口Ｇにおける熱力学的流体又は油圧流体供給出口Ｅにおける油圧流体の圧力を機械的運動に変換する。したがって、第１の変換ユニット６によるエネルギー回収は、熱力学的流体とは異なる油圧流体を使用して（図３、図８～図１０）、又は熱力学的流体によって直接的に（図４及び図１１）行うことができる。第１の制御ユニットは、各熱力学的変換段階と、ひいては熱力学的サイクルの完了状態を、特に熱力学的サイクルのポイントを検出することによって、例えば以下で説明するように圧力及び／又は流量を検出することによって監視する。第２の制御ユニットは、チャンバ内の熱力学的流体を低温部分４から高温部分５に交互に移動させ、モジュール３、３’への熱入力を加減する。例えば、第２の制御ユニットは、以下で説明するように、第１及び第２の熱源１、２からの圧力及び／又は流量を制御することができる。結果として、熱機関の効率及びその平均出力密度は、随意に加減されることができ、第１及び第２の熱源１、２の利用可能性に応じて一方又は他方を最適化する可能性を提供する。
【0013】
ディスプレーサは、１つ以上の機械部品である。
【0014】
好ましくは、膨張３、４はポリトロピックであり、すなわち等温的でも断熱的でもない。したがって、膨張は可変であり、等温膨張３、４’又は断熱膨張３、４”（図２）のいずれかに近づき得る。
【0015】
好ましくは、等容性１－２加熱段階は、理想的／理論的等容性加熱に対応しないが、加熱段階は、好ましくは０～２０パーセントである偏差値で、この理想的又は理論的等容性に近づく。
【0016】
好ましくは、２－３等圧加熱段階及び／又は４－１冷却段階は、理想的／理論的等圧線に対応しないが、好ましくは０～２０パーセントの偏差値でこれらに近づく。
【0017】
モジュール３が、好ましくは高圧の、すなわち好ましくは５０バール～３００バールの間、好ましくは８０バール～２５０バールの間の圧力の、超臨界状態の熱力学的流体のみを収容するのに好適であり、収容するように意図され、熱力学的流体供給出口Ｇに接続された、少なくとも１つのチャンバを備える場合、このモジュール３は、基本であると言われる。これは特に、図４及び図１１に記載されたモジュール３の場合である。
【0018】
【0019】
代替的に、いわゆる基本モジュール３は、モジュール３の外側で油圧ピストン３６に接続され得る。各基本モジュール３又は基本モジュール３の組み合わせは、モジュール３の外側の１つ以上の高圧油圧ピストン３６に結合され、第１／第２の熱源１、２のうちの１つによって温度を維持することができる。したがって、油圧ピストン３６は、超臨界流体の圧力が油圧流体に伝達されることを可能にする。油圧減速比は、図示されていないが、油圧減速比も、変位される油の圧力及び体積の特性を変更するように油圧ピストン３６内で実現され得る。これは、いくつかの場合において、負荷システムのサイジングを容易にし、特に油圧モータ１２の圧力／流量特性に合致させるのにいくつかの利点を有し得る。減速比が必要とされない場合、油圧ピストン３６は、いわゆる「液体ピストン」の形態とすることができ、すなわち、２つの流体が不混和性であり、互いに不溶性である場合、２つの流体間に固体界面がない形態とすることができる。これにより、シール摩擦による損失が回避される。
【0020】
図３に示されるように、本発明の第１の実施形態によれば、上記第１の変換ユニット６は、機械的変換手段、好ましくは油圧モータ１２であるモータ８の下流に接続された少なくとも１つの油圧蓄圧器１１を備え、上記蓄圧器１１は、回路７の圧力を熱力学的流体の臨界圧力以上に維持するのに好適であり、維持するように設計される。
【0021】
有利には、蓄圧器１１は、回路７内の油圧流体の圧力が、熱力学的サイクル全体にわたって、特に等圧冷却段階中に、熱力学的流体の臨界圧力以上に維持されることを保証する。二酸化炭素であれば、この臨界圧力は約７３．７７バールに等しい。したがって、蓄圧器１１の事前充填圧力は、好ましくは７３～８５バール、好ましくは８０バールである。この構成では、１つ以上のいわゆるハイブリッドモジュール３’に含まれる熱力学的流体は、交互に加熱され、次いで冷却され、蓄圧器１１の準一定同化圧力に対抗して作用する。熱力学的流体、ひいては油圧流体の圧力差は、油圧モータ１２によって機械エネルギーに変換される。
【0022】
図４に示されるように、本発明の第２の実施形態によれば、上記第１の変換ユニット６は、機械的変換手段、好ましくは超臨界状態の熱力学的流体１４を有するタービンである好ましくはモータ８の下流に接続された少なくとも１つの蓄圧器１１を備え、上記蓄圧器１１は、回路７の圧力を熱力学的流体の臨界圧力以上に維持するのに好適であり、維持するように設計されている。
【0023】
有利には、蓄圧器１１は、回路７内の熱力学的流体の圧力が、熱力学的サイクル全体にわたって、特に等圧冷却段階中に、熱力学的流体の臨界圧力以上に維持されることを保証する。二酸化炭素であれば、この臨界圧力は約７３．７７バールに等しい。したがって、蓄圧器１１の事前充填圧力は、好ましくは７３～８５バール、好ましくは８０バールである。この構成では、１つ以上のいわゆる基本モジュール３に含まれる熱力学的流体は、交互に加熱され、次いで冷却され、蓄圧器１１の準一定同化圧力に対抗して作用する。熱力学的流体の圧力差のみが、熱力学的流体タービン１４によって機械エネルギーに変換される。
【0024】
好ましくは、上記第１の制御ユニットは、熱力学的サイクルがある段階を監視し、特にサイクルの各段階の完了を決定するように構成された少なくとも１つの圧力及び／又は流量測定部材９を備える。上記圧力及び／又は流量測定装置９は、好ましくは、チャンバと上記蓄圧器１１との間に配置される。
【0025】
有利には、上記第１の制御ユニットは、チャンバ内又は回路７内の熱力学的又は油圧流体の圧力を測定することによって、及び／又は、回路７内の油圧流体の流量を測定することによって、回路７内又はチャンバ内に配置された少なくとも１つの圧力及び／又は流量測定装置９で、熱力学的サイクルの様々な段階を監視することを可能にする。この圧力及び／又は流量測定装置９は、モータ８の上流又はモータ８の高さに配置される。この構成により、特に、熱力学的流体又は油圧流体の圧力及び／又は流量を検出及び監視することでサイクル内のポイントを検出することによって、各熱力学的変換、ひいては熱力学的サイクルの完了状態を監視することを可能にする。
【0026】
好ましくは、図３及び図４に示されるように、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、上記第１の制御ユニットは、圧力センサ９０及び回転速度センサ１０の形態で回路７の２つの圧力及び／又は流量測定要素９を備える。
【0027】
回転速度センサ１０は、モータ８に配置され、回路７内の流量の間接的な測定を可能にする。例えば、回転速度センサ１０は、回路７内の油圧流体の流量を測定することによって、システムが等圧加熱段階の終了時に平衡状態にあると結論付けるのに使用することができる。
【0028】
【0029】
図３に示される第１の実施形態によれば、上記圧力及び／又は流量計９は、油圧流体供給出口Ｅと上記蓄圧器１１との間に配置される。上記圧力及び／又は流量計９は、回路７に配置される。
【0030】
図４に示される第２の実施形態によれば、上記圧力及び／又は流量計９は、熱力学的流体供給出口Ｇと上記蓄圧器１１との間に配置される。上記圧力及び／又は流量計９は、回路７に配置される。
【0031】
好ましくは、図３及び図４に示されるように、上記第１の制御ユニットは、熱力学的サイクルの等圧加熱段階及び／又は膨張段階を少なくとも制御／案内するように配置された回路７の少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３を備え、上記少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３は、熱力学的流体供給出口Ｇ又は油圧流体供給出口Ｅと上記蓄圧器１１との間に配される。
【0032】
有利には、上記第１の制御ユニットは、特に少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３によって、モータ８への供給又は非供給を可能にする。上記第１の制御ユニットはまた、少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３のおかげで、熱力学的サイクルの等圧加熱段階及び／又は膨張段階を制御／案内するために、回路７内の熱力学的流体（図４）又は油圧流体（図３）の移動を制御することを可能にする。
【0033】
好ましくは、上記少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３は、圧力リミッタ１６（図３）及び／又は流量調節器、及び／又は、油圧弁１５（図３）及び／又は調節可能な流量リミッタ及び／又は可変絞りオリフィス１７（図４）又は追加の蓄圧器３０（図１８）から選択される。
【0034】
図３に示される第１の実施形態によれば、上記少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３は、油圧流体供給出口Ｅと上記蓄圧器１１との間に配置される。
【0035】
図３に示される第１の実施形態によれば、上記第１の制御ユニットは、調整可能な圧力リミッタ１６及び油圧弁１５の形態の２つの圧力及び／又は流量調節要素１３を備える。
【0036】
有利には、調整可能な圧力リミッタ１６は、所与の圧力での等容加熱段階から等圧加熱段階への移行を保証する。等圧加熱の終わりに、システムが平衡状態にあるとき、油圧弁１５が開かれてポリトロープ膨張を行い、続いてモジュール３’内のディスプレーサの反転後に流体冷却を行う。
【0037】
図１８に示されるように、調整可能な圧力逃がし弁１６は、好ましくは等圧加熱圧力に事前充填された追加の蓄圧器３０によって置き換えることができる。
【0038】
この構成は、等温加熱段階中に追加の蓄圧器３０にエネルギーを貯蔵することを可能にする。
【0039】
図４に示される第２の実施形態によれば、上記少なくとも１つの圧力及び／又は流量調節要素１３は、熱力学的流体供給出口Ｇと上記蓄圧器１１との間に配置される。
【0040】
図４に示される第２の実施形態によれば、上記第１の制御ユニットは、可変絞りオリフィス１７の形態の圧力及び／又は流量調節要素１３を備える。
【0041】
有利には、この第２の変形例では、第１の変形例の調節可能な圧力逃がし弁１６及び油圧弁１５は、等圧加熱段階及び好ましくはポリトロープ膨張段階を能動的に制御することができるように、単一の可変絞りオリフィス１７によって置き換えることができる。
【0042】
第１の変換ユニットにおいて、回路７は、特に、熱力学的流体供給出口Ｇ又は油圧流体供給出口Ｅを蓄圧器１１、及び／又は、圧力及び／又は流量測定装置９、及び／又は、圧力及び／又は流量調節要素１３、及び／又は、モータ８に接続する、１つ以上の好ましくは断熱されたラインを備え得る。
【0043】
【0044】
有利には、第２の変換ユニット１８は、モータ８からの機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。
【0045】
【0046】
好ましくは、モジュール３、３’は、シリンダ（図示せず）内に収容された少なくとも１つのピストン（図示せず）を備え、シリンダは、シリンダ内の可動ピストンの変位を駆動するために、シリンダの第１の端部及び第２の端部を介して作動流体供給回路Ｊ、Ｈに接続されており、ディスプレーサ及びピストンは互いに結合される。
【0047】
有利には、ピストンの変位は、高温部分５と低温部分４との間のチャンバ内のディスプレーサの変位を引き起こす。ディスプレーサとピストンとの間の結合は、特に摩擦損失を制限する磁気結合であることが好ましい。
【0048】
好ましくは、図５に示されるように、第１の可能性によれば、第２の制御ユニットは、少なくとも１つのディスプレーサを高温部分５と低温部分４との間で交互に変位させるように第１の端部と第２の端部との間の圧力差を維持又は変化させるために、シリンダの第１の端部に少なくとも１つの第１の圧力及び／又は流量調節部材と、シリンダの第２の端部に少なくとも１つの第２の圧力及び／又は流量調節部材とを備える。
【0049】
有利には、第２の制御ユニットは、少なくとも１つのモジュール３、３’内の高温部分５と低温部分４との間の熱力学的流体の位置を制御する。各モジュール３、３’は、好ましくは超臨界段階にある特定の質量の熱力学的流体を含み、熱力学的流体は、１つ以上のディスプレーサを介して第１の熱源１と、次いで第２の熱源２と交互に接触させられる。ディスプレーサは自由ピストンとして機能し、その停止型位置は第１のシリンダ端部と第２のシリンダ端部との間の圧力差によってのみ決定される。この場合、作動流体供給回路Ｊ、Ｈは、上記第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂ及び上記第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄの圧力調節から独立している。
【0050】
【0051】
好ましくは、図示されていない可能性によれば、第２の制御ユニットは、少なくとも、第１の熱源１のための第１の圧力及び／又は流量調節部材と、第２の熱源２のための第２の圧力及び／又は流量調節部材とを備え、第１の圧力及び／又は流量調節部材及び第２の圧力及び／又は流量調節部材は、第１の熱源１と第２の熱源２との間の圧力差を維持又は変化させるように構成され、第１の圧力及び／又は流量調節部材及び第２の圧力及び／又は流量調節部材は、少なくとも１つのディスプレーサを低温部分４と高温部分５との間で交互に変位させるように、第１の熱源１と第２の熱源２との間の圧力差を維持又は変化させるように構成される。
【0052】
好ましくは、第１の熱源１は、第１の圧力及び／又は流量調節器を形成する少なくとも１つの好ましくは油圧ポンプを備え、第２の熱源２は、第２の圧力及び／又は流量調節器を形成する第２の好ましくは油圧ポンプを備える。
【0053】
したがって、モジュール３、３’内の好ましくは超臨界油圧流体の変位の制御は、ディスプレーサの変位に必要な第１及び第２の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂ及びＣ、Ｄ間の差圧を生成／維持するために、第１及び第２の熱源１、２の好ましくは油圧ポンプ（図示せず）の好適な調節によって可能な限り簡易に達成される。
【0054】
好ましくは油圧ポンプの制御が選択肢にない場合、第１／第２の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂ及びＣ、Ｄの制御は、第２の可能性（圧力逃がし弁２６、２７及び／又は流量調節器２８、２９）において以下に説明されるアドオン要素を用いて、モジュール３、３’の各部分における流量及び圧力の正確な制御を可能にする。
【0055】
好ましくは、図６に示されるように、第２の可能性によれば、第２の制御ユニットは、少なくとも、第１の供給回路Ａ、Ｂの圧力及び／又は流量を調節するための第３の部材と、第２の供給回路Ｃ、Ｄの圧力及び／又は流量を調節するための第４の部材とを備え、第３の圧力及び／又は流量調節部材及び第４の圧力及び／又は流量調節部材は、上記少なくとも１つのディスプレーサを低温部分４と高温部分５との間で交互に変位させるように、第１の供給回路Ａ、Ｂと第２の供給回路Ｃ、Ｄとの間の圧力差を維持又は変化させるように構成される。
【0056】
有利には、第２の制御ユニットは、少なくとも１つのモジュール３、３’内の高温部分５と低温部分４との間の熱力学的流体の位置を制御する。各モジュール３、３’は、好ましくは超臨界段階にある特定の質量の熱力学的流体を含み、熱力学的流体は、１つ以上のディスプレーサを介して第１の熱源１と、次いで第２の熱源２と交互に接触させられる。これらのディスプレーサは、自由ピストンとして機能し、その停止型位置は、第１及び第２の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂ及びＣ、Ｄの間の圧力差によってのみ決定される。
【0057】
好ましくは、第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂの上記第１の圧力及び／又は流量調節器及び／又は上記第２の圧力及び／又は流量調節器及び／又は上記第３の圧力及び／又は流量調節器及び／又は第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄの第４の圧力調節器は、圧力リミッタ２６、２７及び／又は流量調節器２８、２９及び／又は油圧弁及び／又は調整可能な流量リミッタ及び／又は可変絞りオリフィス又は追加の蓄圧器から選択される。
【0058】
第２の制御ユニットは、好ましくは、少なくとも１つの圧力センサ２２、２３、２４、２５を備える。圧力センサ２２、２３は、作動流体供給回路Ｊ、Ｈに接続することができる。代替的に、圧力センサ２４、２５は、第１の供給回路Ａ、Ｂ又は第２の供給回路Ｃ、Ｄに接続することができる。第２の制御ユニットはまた、第１の供給回路Ａ、Ｂ又は第２の供給回路Ｃ、Ｄに接続することができる温度センサ３７、３８を含むことができる。
【0059】
好ましくは、図３及び図４に示されるように、上記熱機関は、少なくとも第１のモジュール３、３’及び第２のモジュール３、３’を備え、第１のモジュール３、３’及び第２のモジュール３、３’は、それらの熱力学的流体供給出口Ｇ又はそれらの油圧流体供給出口Ｅにおいて、第１の相互接続ライン３１によって互いに直列に接続され、それらの第１の供給回路Ａ、Ｂにおいて互いに直列に接続され、それらの第２の供給回路Ｃ、Ｄにおいて互いに直列に接続される。
【0060】
好ましくは、上記第１の制御ユニットは、上記第１のモジュール３、３’及び上記第２のモジュール３、３’において熱力学的サイクルがある段階を少なくとも中央制御するように構成される。
【0061】
代替的に、上記第２の制御ユニットは、第１のモジュール３、３’及び第２のモジュール３、３’の両方に共通であり、第１のモジュール３、３’の上記少なくとも１つのディスプレーサ及び第２のモジュール３、３’の上記少なくとも１つのディスプレーサを中央制御するように構成される。
【0062】
図８～図１１に示されるように、上記熱機関は、少なくとも１つの第１のモジュール３２及び少なくとも１つの第２のモジュール３３を備え、第１のモジュール３２及び第２のモジュール３３はそれぞれ、それらの熱力学的流体供給出口Ｇを介して、又はそれらの油圧流体供給出口Ｅを介して第１の変換ユニット６に接続され、第１のモジュール３２及び第２のモジュール３３は、第１のモジュール３２の上記少なくとも１つのディスプレーサが低温部分４にあるとき、第２のモジュール３３の上記少なくとも１つのディスプレーサが高温部分５にあるように構成される。
【0063】
有利なことに、この構成は段階逆行と呼ばれる。図８～図１１に示される例は、２－３等圧加熱段階からのエネルギーを管理する方法が異なる。この管理は、設置された変換システム（油圧モータマッピング、イナーシャサイズ）に依存する。したがって、このエネルギーを加減して油圧モータ１２にその最も効率的なゾーンで供給できることは興味深い。
【0064】
図８に示される第１の例では、第１の変換ユニット６及び第２の変換ユニット１８は、図３に示される第１の実施形態のものと実質的に同一である。熱機関は、アセンブリＡを形成する少なくとも１つの第１のモジュール３２を加熱する一方で、アセンブリＢを形成する少なくとも１つの第２のモジュール３３を冷却して、過大な油圧蓄圧器１１との作用を回避する。したがって、油圧流体は、上記少なくとも１つの第１のモジュール３２から上記少なくとも１つの第２のモジュール３３に移動する。この場合、熱力学的流体は必ずしも反対側で膨張するのと同じ速度で収縮するわけではないので、蓄圧器１１は緩衝貯蔵器としてのみ作用する。上記少なくとも１つの第２のモジュール３３の平衡検出は、例えば流量計３４によって達成される。４つの不還弁３５は、上記少なくとも１つの第１のモジュール３２と上記少なくとも１つの第２のモジュール３３との間に受動的な流動管理システムを形成する。
【0065】
有利なことに、図８に示される第１の例では、２－３等圧加熱段階のエネルギーは貯蔵されず、調整可能な圧力リミッタ１６がサイクルポイント２の圧力まで開かれるときに油圧モータ１２に直接供給される。油圧モータ１２の流量制御はない。
【0066】
図９に示される第２の例では、油圧弁１５の後の高圧セクションに追加の蓄圧器３０を追加することにより、ポリトロープ膨張中にモータ８に供給される流体の流れを平滑化することができ、モータ８をその最も効率的な範囲で動作させることができる。蓄圧器１１は、少なくとも熱力学的流体の臨界圧力まで予め充填されている。
【0067】
有利なことに、図９の第２の例では、２－３等圧加熱段階のエネルギーは、この段階中に油圧モータ１２に供給する流れを平滑化するために、追加の蓄圧器３０に部分的に貯蔵される。
【0068】
図１０に示される第３の例では、追加の蓄圧器３０が選択され、２－３等圧加熱段階中に全てのエネルギーを貯蔵するような大きさにされる。この場合、油圧弁１５の前に追加の蓄圧器３０を配置することで、ひいては調整可能な圧力リミッタ１６を不要にすることにより、問題を簡略化することが可能である。油圧弁１５が開かれると、等圧加熱及び好ましくはポリトロープ膨張によって生成されたエネルギーが放出される。次いでイナーシャ１９が膨張時間を決定する。
【0069】
【0070】
有利には、図１０に示される第３の例では、２－３等圧加熱段階のエネルギーは、追加の蓄圧器３０に完全に貯蔵され、次いで、３－４膨張段階の開始時に放出される。
【0071】
この２－３等圧段階からのエネルギーの管理は、主要な利点である。実際、熱力学的サイクルのエネルギーは、等圧加熱段階及び好ましくはポリトロープ膨張段階の２つの段階中に回収される。これらの２つの段階の時間は非常に異なる可能性があり、膨張段階は等圧加熱段階よりも速い。結果として、モータ８に供給される流量は、ある段階から次の段階へと大幅に変化し得る。しかしながら、油圧モータ１２は、例えば、サイクルの実際の流量変動よりも低い場合のある、規定の流量範囲内で良好な効率を維持する。これが、図９及び図１０に示される例において、等圧加熱段階のエネルギーを、圧力及び／又は流量制御要素１３（油圧弁１５）の前又は後に配置された追加の蓄圧器３０に部分的又は全体的に貯蔵することによって、このエネルギーを「平滑化」することを提案する理由である。このようにして、モータ８への供給速度をその高効率範囲内に留まるように加減することが可能である。熱力学的サイクルを完了するのに必要な時間の長さのオーダは、第１及び第２の熱源１、２の間の温度差に依存して大きく変化するが、数秒から数十秒の範囲である。熱力学的サイクルは、機械的圧縮機なしで行われる。
【0072】
図１１に示される第４の例では、構成は図４と同様である。４／２方弁３６はまた、異なるアセンブリＡとＢとの間の流れを管理する役割も果たすことができるが、上述の４つの不還弁３５とは異なり、案内される必要がある（能動システム）。
【0073】
図１０に示される第３の例の動作は、図１２～図１７に関連して以下に説明される。図１２に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は、等温加熱段階１－２において加熱され、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は、膨張段階４－１において冷却される。カップリング２０が、切り離される。油圧弁１５が、閉じられる。追加の蓄圧器３０は、圧力が追加の蓄圧器３０の事前充填圧力を下回る限り、閉じられる。この段階は、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２内の圧力が追加の蓄圧器３０の事前充填圧力に等しいときに完了する。
【0074】
図１３に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は、等圧加熱段階２－３において加熱され、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は、膨張段階４－１において冷却される。油圧弁１５が、閉じられる。追加の蓄圧器３０は開いており、等圧加熱段階２－３からのエネルギーを貯蔵する。流量計３４１が、この加熱段階の終了を検出する。
【0075】
図１４に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は膨張段階３－４にあり、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は膨張段階４－１で冷却される。油圧弁１５が、開いている。追加の蓄圧器３０が、貯蔵されたエネルギーを放出する。回転速度センサ１０が、膨張段階の終了を検出する。流量計３４２が、冷却段階の終了を検出する。カップリング２０が連結され、機械エネルギーが電気に変換される。膨張及び冷却が完了すると、油圧弁１５が閉じられ、上記少なくとも１つの第１のモジュール３２の上記少なくとも１つのディスプレーサ及び上記少なくとも１つの第２のモジュール３３の上記少なくとも１つのディスプレーサは、第２の制御モジュールを使用して前述したように、差圧反転によって反転される。
【0076】
図１５に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は、膨張段階４－１において冷却され、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は、等容加熱段階１－２において加熱される。油圧弁１５が、閉じられる。カップリング２０が、切り離される。追加の蓄圧器３０は、圧力が追加の蓄圧器３０の事前充填圧力を下回る限り、閉じられる。この段階は、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３内の圧力が追加の蓄圧器３０の事前充填圧力に等しいときに完了する。
【0077】
図１６に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は、膨張段階４－１において冷却され、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は、等圧加熱段階２－３において加熱される。油圧弁１５が、閉じられる。追加の蓄圧器３０は開いており、等圧加熱段階２－３からのエネルギーを貯蔵する。流量計３４１が、この加熱段階の終了を検出する。
【0078】
図１７に示されるように、アセンブリＡの上記少なくとも１つの第１のモジュール３２は膨張段階４－１において冷却され、アセンブリＢの上記少なくとも１つの第２のモジュール３３は膨張段階３－４にある。油圧弁１５が、開いている。追加の蓄圧器３０は、貯蔵されたエネルギーを放出する。アセンブリＢに関連付けられた回転速度センサ１０及び／又は圧力センサ９、９０は、膨張段階の終了を検出する。アセンブリＡに関連付けられた流量計３４２及び／又は圧力センサ９、９０は、この冷却段階の終了を検出する。カップリング２０が連結され、機械エネルギーが電気に変換される。膨張及び冷却が完了すると、油圧弁１５が閉じられ、上記少なくとも１つの第１のモジュール３２の上記少なくとも１つのディスプレーサ及び上記少なくとも１つの第２のモジュール３３の上記少なくとも１つのディスプレーサは、第２の制御モジュールを使用して前述したように、差圧反転によって反転される。
【0079】
有利なことに、図１２～図１７に関連して提案及び説明された順序付けにより、段階展開がいわゆる段階逆行アーキテクチャにおいて追従されることを可能にする。すなわち、アセンブリＡが加熱され、アセンブリＢが冷却されるか、又はその逆であり、熱力学的流体の２つの体積が各瞬間に逆段階に追従する。
【0080】
【0081】
多数の要素が「受動的に」動作するため、熱機関の制御を可能な限り簡略化する。例えば、不還弁３５により、油圧モータ１２が常に同じ方向に供給され、誘起された圧力差によってのみ管理される回路を形成することを保証する。カップリング２０は、理想的にはフリーホイールタイプであり、特別なアクションを必要とせず、油圧モータ１２がイナーシャ１９よりも遅く回転する場合には切り離されたままで維持しつつ、油圧モータ１２の回転方向にのみイナーシャにエネルギーを伝達する。追加の蓄圧器３０は、サイクルポイント２の開放圧力に設定され、圧力がサイクルポイント２の圧力よりも低い限り、等容加熱を可能にする。
【0082】
第１の制御ユニットは、加熱及び冷却段階の終了を決定するために、２つの流量計３４、３４１、３４２及び／又は２つの圧力センサ９、９０の使用のみを必要とする。
【0083】
図９に示されるような段階逆行アーキテクチャの特徴のうちの１つは、一方のセットＡ、Ｂが、冷却段階［４－１］のみにある他方のセットＢ、Ａから独立してサイクルの最初の３つの段階［１－２、２－３、３－４］を、順序付けることができるということである。ディスプレーサ反転は、一方で［１－２、２－３、３－４］、他方で［４－１］の両方のシーケンスが完了したものの、冷却［４－１］が一連の段階［１－２、２－３、３－４］よりも系統的に長いか短いかは決定されていないときにのみ発生する。しかしながら、２つのシーケンスに必要とされる時間の長さのオーダは、目標温度及び圧力範囲内でかなり近く、機械のダウンタイムを回避する。
【0084】
この最適化ロジックは、逆位相アーキテクチャにのみ適用される。図３に示されるような単純なアーキテクチャでは、サイクル最適化のみが可能である。
【0085】
図１９は、熱力学的サイクルの熱機関のために、熱力学的流体を第１の熱源１に接続された低温部分４と第２の熱源２に接続された高温部分５との間で交互に移動させるための本発明によるモジュール３の例を示す。
【0086】
このモジュール３は、一般に、少なくとも１つのカートリッジ１０１又は複数のカートリッジ１０１を備え、図１９の例では、以下に説明する単一のカートリッジ１０１が含まれ、
第１の循環手段１０３の少なくとも１つの第１の供給ポート１３５及び少なくとも１つの第２の供給ポート１３６を介して、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第１の循環手段１０３に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂと、
第２の循環手段１０９の少なくとも１つの第３の供給ポート１３７及び少なくとも１つの第４の供給ポート１３８を介して、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第２の循環手段１０９に接続された第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄと、
カートリッジ１０１の接合のための手段１１４を少なくとも備える接合プレート１３９と、
第３のプロファイル１１５に含まれる少なくとも１つの第５の供給ポート１４０及び第３のプロファイル１１５に含まれる少なくとも１つの第６の供給ポート１４１によって、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第３のプロファイル１１５に接続され、ピストン１２６の変位を案内するように構成された作動流体供給回路Ｈ、Ｊと、
上記少なくとも１つのカートリッジ１０１のチャンバ１２４に接続された熱力学的流体供給出口Ｇ、又は上記チャンバ１２４の第１の充填空間１２１若しくは第２の充填空間１２３に接続された油圧流体供給出口Ｅと、を更に備える。
第１の循環手段１０３の少なくとも１つの第１の供給ポート１３５及び少なくとも１つの第２の供給ポート１３６を介して、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第１の循環手段１０３に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂと、
第２の循環手段１０９の少なくとも１つの第３の供給ポート１３７及び少なくとも１つの第４の供給ポート１３８を介して、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第２の循環手段１０９に接続された第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄと、
カートリッジ１０１の接合のための手段１１４を少なくとも備える接合プレート１３９と、
第３のプロファイル１１５に含まれる少なくとも１つの第５の供給ポート１４０及び第３のプロファイル１１５に含まれる少なくとも１つの第６の供給ポート１４１によって、上記少なくとも１つのカートリッジ１０１の第３のプロファイル１１５に接続され、ピストン１２６の変位を案内するように構成された作動流体供給回路Ｈ、Ｊと、
上記少なくとも１つのカートリッジ１０１のチャンバ１２４に接続された熱力学的流体供給出口Ｇ、又は上記チャンバ１２４の第１の充填空間１２１若しくは第２の充填空間１２３に接続された油圧流体供給出口Ｅと、を更に備える。
【0087】
好ましくは、図１９に示されるように、作動流体供給回路Ｈ、Ｊは、上記第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂ及び上記第２の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄによって形成される。
【0088】
好ましくは、図１９に示されるように、モジュール３は、第１の循環手段１０３の上記少なくとも１つの第１の供給ポート１３５が導入される少なくとも１つの第１の区画１４４と、第１の循環手段１０３の上記少なくとも１つの第２の供給ポート１３６が導入される少なくとも１つの第２の区画１４５と、を含む第１の絶縁ケーシング１４３を備える。
【0089】
好ましくは、追加的又は代替的に、図１９に示されるように、モジュール３は、第２の循環手段１０９の上記少なくとも１つの第３の供給ポート１３７が導入される少なくとも１つの第３の区画１４６と、第２の循環手段１０９の上記少なくとも１つの第４の供給ポート１３８が導入される少なくとも１つの第４の区画１４７と、を備える第２の絶縁ケーシング１４３’を備える。
【0090】
第１の区画１４４及び第２の区画１４５は、好ましくは、少なくとも第１の分割壁１４８によって画定される。
【0091】
第３の区画１４６及び第４の区画１４７は、好ましくは、少なくとも１つの第２の分割壁１４９によって画定される。
【0092】
図１９に示されるように、熱力学的サイクルの熱機関のための、第１の熱源１に接続された低温部分４と第２の熱源２に接続された高温部分５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１０１は、少なくとも、
第１の熱源に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂに接続するのに好適であり、接続するように意図された少なくとも１つの伝熱流体のための第１の循環手段１０３を備える第１の中空セクション１０２を備える、いわゆる低温部分４を形成する第１の熱交換器であって、上記第１のセクション１０２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の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄに接続するのに好適であり、接続するように意図された少なくとも１つの伝熱流体のための第２の循環手段１０９を備える第２の中空セクション１０８を備える、いわゆる高温部分を形成する第２の交換器であって、上記第２のセクション１０８が内壁及び外壁を備える、第２の交換器と、
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するのに好適であり、接続するように意図された第３の中空セクション１１５であって、上記第３のセクション１１５は、第１のセクション１０２及び第２のセクション１０８の内側に配され、上記第３のセクション１１５は、内壁及び外壁を備え、
第１のセクション１０２の内壁の少なくとも一部及び第３のセクション１１５の外壁の第１の部分は、第１の充填空間１２１を形成するように互いに離隔して対向し、
第２のプロファイル１０８の内壁の少なくとも一部及び第３のプロファイル１１５の外壁の第２の部分は、第２の充填空間１２３を形成するように互いに離隔して対向する、第３の中空セクションと、
好ましくは高圧かつ超臨界状態の少なくとも１つの熱力学的流体を収容するように適合及び設計された少なくとも１つのチャンバ１２４であって、上記チャンバ１２４は、連通している少なくとも第１の充填空間１２１及び第２の充填空間１２３を備える、チャンバ１２４と、
上記チャンバ１２４の内部に配され、上記第３のプロファイル１１５の外壁に対して摺動可能に取り付けられ、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、上記少なくとも１つの熱力学的流体を第１の充填空間１２１と第２の充填空間１２３との間で交互に変位させるように構成された、少なくとも１つのディスプレーサ１２５と、
上記第３のプロファイル１１５の内側に配され、上記第３のプロファイル１１５の内壁に対して摺動可能に取り付けられ、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、上記少なくとも１つの作動流体Ｊ、Ｈ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１２６であって、
ディスプレーサ１２５とピストン１２６とは互いに連結されている、ピストン１２６を備える。
第１の熱源に接続された第１の伝熱流体供給回路Ａ、Ｂに接続するのに好適であり、接続するように意図された少なくとも１つの伝熱流体のための第１の循環手段１０３を備える第１の中空セクション１０２を備える、いわゆる低温部分４を形成する第１の熱交換器であって、上記第１のセクション１０２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の伝熱流体供給回路Ｃ、Ｄに接続するのに好適であり、接続するように意図された少なくとも１つの伝熱流体のための第２の循環手段１０９を備える第２の中空セクション１０８を備える、いわゆる高温部分を形成する第２の交換器であって、上記第２のセクション１０８が内壁及び外壁を備える、第２の交換器と、
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するのに好適であり、接続するように意図された第３の中空セクション１１５であって、上記第３のセクション１１５は、第１のセクション１０２及び第２のセクション１０８の内側に配され、上記第３のセクション１１５は、内壁及び外壁を備え、
第１のセクション１０２の内壁の少なくとも一部及び第３のセクション１１５の外壁の第１の部分は、第１の充填空間１２１を形成するように互いに離隔して対向し、
第２のプロファイル１０８の内壁の少なくとも一部及び第３のプロファイル１１５の外壁の第２の部分は、第２の充填空間１２３を形成するように互いに離隔して対向する、第３の中空セクションと、
好ましくは高圧かつ超臨界状態の少なくとも１つの熱力学的流体を収容するように適合及び設計された少なくとも１つのチャンバ１２４であって、上記チャンバ１２４は、連通している少なくとも第１の充填空間１２１及び第２の充填空間１２３を備える、チャンバ１２４と、
上記チャンバ１２４の内部に配され、上記第３のプロファイル１１５の外壁に対して摺動可能に取り付けられ、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、上記少なくとも１つの熱力学的流体を第１の充填空間１２１と第２の充填空間１２３との間で交互に変位させるように構成された、少なくとも１つのディスプレーサ１２５と、
上記第３のプロファイル１１５の内側に配され、上記第３のプロファイル１１５の内壁に対して摺動可能に取り付けられ、第１の位置と第２の位置との間で移動可能であり、上記少なくとも１つの作動流体Ｊ、Ｈ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１２６であって、
ディスプレーサ１２５とピストン１２６とは互いに連結されている、ピストン１２６を備える。
【0093】
好ましくは、第３のセクション１１５は、好ましくは非磁性材料で作られ、ディスプレーサ１２５及びピストン１２６は、磁気接続手段１２７によって第３のセクション１１５を介して互いに磁気的に結合される。
【0094】
有利なことに、この構成により、ディスプレーサ１２５がピストン１２６とディスプレーサ１２５との間の磁気結合を介してチャンバ１２４の外側から制御されることを可能にする。この磁気結合により、機械的接触なしに、ひいては摩擦なしに、軸方向の力がディスプレーサ１２５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。この構成は、損失を制限するのにも役立つ。
【0095】
非磁性とは、磁気特性を有さないか、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。
【0096】
好ましくは、図１９に示されるように、上記第３のプロファイル１１５、上記第１のプロファイル１０２、及び上記第２のプロファイル１０８、ディスプレーサ１２５、及びピストン１２６は同軸である。
【0097】
当然のことながら、本発明は、添付図面において説明及び図示された実施形態に限定されない。しかしながら、本発明の保護の分野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、修正は依然として可能である。
【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】