Apparatus for converting thermal energy into mechanical energy

本発明は、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するための装置に関する。

第１の場合において、「隔離地上（ｏｎ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｓｉｔｅ）」と呼ばれる装置は、熱エネルギーが太陽エネルギーから供給されることを可能にし、この熱エネルギーは、電力及び／または機械的エネルギーに変換され得る。

太陽エネルギーの捕集及び集結は、公知である。 すなわち、それらは、パラボラアンテナやパラボラリニアバケット、タワーの頂部で太陽光を集結させる平坦な集結器（ヘリオスタット）、または、線形フレネルレンズによって形成され得る。

「隔離地上（ｏｎ ｉｓｏｌａｔｅｄ ｓｉｔｅ）」と呼ばれる装置は、例えば、２つの流体、すなわち熱伝達流体及び熱力学的流体、の混合物によって回転駆動される車輪またはタービンを備えている。 ２つの流体の混合物は、例えば、ノズル内で作られる。 ノズルの内側では、熱力学的流体は、加熱された熱伝達流体の効果によって蒸発される。 熱力学的流体は、膨張し、このことは、高速の二相噴流を作り出す。

この噴流は、機械的エネルギーを生成するようにそれが回転駆動するシャフトの周りに設けられたブレード上に注入される。 シャフトは、タービンに接続されている。 このように、タービンは、噴流の力学的エネルギーの回転力学的エネルギーへの変換器として動作する。 ある応用においては、タービンは、例えば、ペルトンタービンである。

タービン内では、熱力学的流体と熱伝達流体とは、二相噴流を形成するように回収されて再利用されるように、部分的に分離される。 そのような装置が正確で最適な方式で動作するために、熱伝達流体と熱力学流体とは、最適な方式で、例えば９８％より多く、分離されなければならない。

レスター・ペルトンによって１８８０年に発明された、大きな頭部の（ｌａｒｇｅ−ｈｅａｄ）滝からエネルギーを回復するように用いられるタイプの推進車からなる従来のペルトンタービンの使用は、二相噴流の流体のそのような分離を得るには、十分でない。 タービンは、推進車によってかき回される熱伝達流体及び熱力学的エネルギーの噴霧を浴びる。 熱力学的流体の蒸気は、取り出すことが非常に難しく、しばしば推進具妻の流出部に追加の遠心分離器を必要とする。 このことは、システムをより複雑にする。

さらに、ペルトンタービンは、タンク内において、熱伝達流体と熱力学的流体との高温の混合物に浸された玉軸受に取り付けられている。 この軸受は、高温での動作に適しておらず、高速で回転する推進車に適していない。 このタイプの装置の寿命は、非常に短い。

この欠点を抑えるために、玉軸受は、タービンを含む変換器の本体部の外側に位置する筐体内に取り付けられ得る。 そして、推進車のシャフトは、変換器の内部と外部との間の密閉性を保証するように回転封止部を介して延びる。 しかしながら、そのような封止部は、完全な気密性を保証するものではなく、漏出を引き起こさせがちである。 このことは、熱伝達流体が空気と接触して自発的に燃え得るので、危険である。

第２の場合、例えば熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置にとって、液体の状態から蒸気の状態に移行（ランキンサイクル）した、または、圧力下でありながら高温熱源によって大いに加熱された（ジュールサイクル）既に気体の形態の、熱力学的流体の膨張が使用される。

この変換は、燃焼（ピストンエンジン及びガスタービンにおけるボー・ド・ロシャサイクル）または蒸気生成器における沸騰（従来の蒸気装置または蒸気タービンのランキンサイクル）によって行われる。

これらのサイクルにおいて、現実の流体である熱力学的流体の膨張は、ポリトロープ膨張である。 すなわち、変換は、熱交換及び摩擦を伴って行われ、その状態の法則は、常に圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間でＰＶ ^γ ＝一定である。

流体は、図５の図表によってＴ（温度）−Ｓ（エントロピー）線図で表され得る熱源と冷熱源との間のサイクルを記述する。 図５では、多角形Ａ Ａ１ Ｂ Ｄ Ｅ Ａの面が、サイクルによって生成される仕事率の図であり、区分Ｄ Ｅが、ポリトロープ膨張を表している。 この面は、多角形Ａ Ａ１ Ｃ Ｄ Ｄ１ Ｅ１ Ａによって表されるカルノーサイクルの面と比較され得る。 多角形Ａ Ａ１ Ｃ Ｄ Ｄ１ Ｅ１ Ａにおいて、区分ＤＤ１によって表される膨張は、等温線である。

カルノーサイクルが、他の全てのものが等しい状態で、より機械的なエネルギーが回復されることを可能にする、ということがはっきりと観察され得る。 このことは、気体の膨張が区分Ｄ Ｄ１に沿って等温方式で行われるということによる。

したがって、熱力学的流体として蒸気を使用するサイクルの効率を向上させることが要求される場合、それは、等温方式で膨張されなければならない。 従来のタービンにおいて、蒸気の膨張は、特定のブレードにおいて行われ、その形状は、熱がこの変化の間それに伝えられることを可能にしない。

文献に記載された熱エネルギーから機械的エネルギーへのある変換器は、熱力学的流体（水蒸気）と熱伝達流体（グリセロール）との混合物の膨張を利用し、熱伝達流体は、カロリーを液相から気相に移すことにより、特定の等温性（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｉｔｙ）を保証する。 生成ノズルから高速で流出した混合物は、例えば機械的システムや交流電源を駆動し得る推進車に送られる。

液体水をグリセロールと混合することによる水蒸気の生成は、容積測定タービン（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｔｕｒｂｉｎｅ）を回転させるために用いられ、１９４０年５月３０日の特許文献ＤＥ６９１５４９Ｃに記載されている。 得られた二相混合物は、高温の油と水とからなっているが、以下の欠点を示す。 すなわち、油は水を含むことができ、このことは、エネルギーのかなりの損失と非等温膨張とをもたらす。 記載された装置は、機能的でなく、もたらされた問題を解決しない。

この原理は、ペルトンタービンを駆動するために、例えば特許文献ＵＳ２，１５１，９４９号の圧力下における蒸気と油のような液体との混合物、または、１９７６年８月３日の特許文献ＵＳ−Ａ−３，９７２，１９５の排気ガスと水との混合物のためにも用いられる。 後者の場合、水がその膨張によって生成された冷却を増大させるので、気体の発生は、等温でない。

これらのシステムにおいて、相間の熱伝達は、水頭損失を最小限にするように混合物の長さも制限されることにより、制限される。 気体及び液体間の交換は、気相における乏しい熱交換係数及びノズルにおけるそれらの簡潔さ（ｂｒｉｅｆｎｅｓｓ）を理由として制限される。 さらに、グリセロール及び水が約１０ｂａｒ且つ２９０℃の温度で混合される時、それらは膨張ノズルの流入条件であるが、後者は、即座に水の３０〜４０％を吸収する。 そして、この水は、膨張の間に徐々に蒸発し、それゆえ混合物の温度の低下をもたらす。 蒸気の相からの水は、部分的に再び凝結され、それは大きな効率低下をもたらす。

この場合、蒸気は等温方式で膨張することができず、それゆえサイクル効率は、カルノーサイクルからは程遠い。

第３の場合、熱伝達流体は、また、熱エネルギー貯蔵装置において使用され得る。 例えば、現在建設中のある集光型ソーラーパワープラントは、太陽集光器（熱源）と直列に、熱伝達流体回路と、熱エネルギーの電力への変換モジュールと、感度のセンシティブな形態で熱を貯蓄する大容量タンクと、を有している。

日差しが無い時、変換モジュールは、タンク内に貯蓄された熱を供給される。 この回復段階において、タンクの温度は継続的に低下し、利用されるこのモジュールは、その温度がもはや熱エネルギーを電力に変換するためのモジュールが良好な状態で動作することを可能にしなくなるとすぐ、停止しなければならない。 変換効率は、温度と共に低下する。 貯蔵が容量いっぱいになされている状態とほとんどなされていない状態との許容可能な小さな温度差は、約３０℃であり、工業用伝達流体の低い比熱に追加されるのであるが、これらのシステムの体積が非常に高い値に達していることを意味する。

本発明の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に改善することである。 本発明の目的は、特には、熱伝達流体と高温の気体との混合物によって形成された噴流を用いて改善された動作を有し、同時に、熱伝達流体及び気体の良好な分離を確保して変換器の信頼できる動作を保証する、力学的エネルギー変換器を形成することである。 この目的は、添付の特許請求の範囲によって、特には、変換装置が以下のようであることにより達成される。 すなわち、変換装置は、
−第１の流体を供給するラインと、
−熱伝達流体を供給するラインと、
−蒸気生成器であって、
前記第１の流体を供給するラインに接続された第１の流入部であって、前記第１の流体が当該第１の流入部と第１の流出部との間に第１の経路を取る第１の流入部と、
前記熱伝達流体を受け入れる第２の流入部であって、前記熱伝達流体が当該第２の流入部と第２の流出部とに間の第２の経路を取る第２の流入部と、
が設けられており、
前記第２の経路は、前記第１の経路とは別個の経路であり、
前記第１の経路は、前記第１の流体から蒸気を形成するよう、前記第２の経路と熱的に接続されており、当該蒸気は、前記蒸気生成器から前記第１の流出部を介して流出されるという蒸気生成器と、
−チャンバであって、
前記蒸気生成器の前記第１の流出部に接続された第１の流入部であって、前記第１の流体が前記チャンバ内において当該第１の流入部と第１の流出部との間で第１の経路を取る第１の流入部と、
前記熱伝達流体供給ラインに接続された第２の流入部であって、前記熱伝達流体が前記第２の流入部と第２の流出部との間で前記第１の経路とは別個の第２の経路を取る第２の流入部と、
が設けられており、
前記チャンバは、複数の基本等温膨張により分割された膨張によって前記チャンバ内の第１の流体の等温膨張を行うように構成されており、
前記チャンバの前記第２の流出部は、前記蒸気生成器の第２の流入部に接続されており、
前記第１の経路は、各膨張の間で第１の流体を加熱するように前記第２の経路に熱的に接続されているというチャンバと、
−混合装置であって、前記チャンバの前記第１の流出部と、前記蒸気生成器の前記第２の流出部と、に接続されており、二相混合物を得るように蒸気の形態の前記第１の流体を熱伝達流体と混合するように構成されている、という混合装置と、
を備えている。

本発明の他の目的は、熱伝達流体タンクと、熱伝達流体タンクに接続され熱伝達流体を加熱するように構成された太陽集光器と、熱伝達流体タンク内に設けられた浸漬ヒータと、を備えた熱エネルギー貯蔵装置に関する。 蒸気生成器が、熱伝達流体を供給される。 交流電源が蒸気によって供給され、交流電源は、熱伝達流体タンクの温度が集光器の流出部における熱伝達流体の温度に等しい時、熱伝達流体タンクの温度を集光器の温度よりも高い温度に上昇させるように浸漬ヒータに給電するよう、構成されている。

この目的のため、本発明は、以下の変換器に関する。 すなわち、
熱伝達流体及び高温の気体によって形成された噴流からの力学的エネルギーの変換器であって、
−熱伝達流体源及び高温の気体源の少なくとも１つからの前記噴流の少なくとも１つの注入部と、
−前記注入部に実質的に垂直な軸に沿って延びるシャフトに固定された回転式に取り付けられた推進車であって、当該推進車が複数の非対称のブレードを含んでおり、前記シャフトを回転させるように且つ当該噴流の軸方向の力学的エネルギーを前記シャフトの回転力学的エネルギーに変換するように、前記噴流が前記ブレード上に注入される、という推進車と、
−前記推進車を取り囲むタンクであって、当該推進車の前記軸に実質的に沿って延びているタンクと、
を備え、
当該変換器は、前記ブレードの下に延びている少なくとも１つの偏向部を備えている。

この力学的エネルギー変換器は、前記ブレードの下に延びている少なくとも１つの偏向部を備えており、
前記偏向部は、前記推進車の流出部における熱伝達流体と高温の気体との混合物を回復させるように且つ前記タンクの壁部に実質的に接する方向に前記混合物を向け直すように設定された形状を示しており、
前記タンクの前記壁部は、前記熱伝達流体を前記高温の気体から分離するように前記混合物にサイクロン効果を与えるように設けられており、
前記タンクは、前記熱伝達流体及び前記高温の気体を回復させるための要素を含んでいる。

推進車の流出部における偏向部は、推進車の流出部における混合物の成層が維持されることを可能にし、噴霧の形成を防止し、このことは混合物の流体の分離を容易にする。 混合物にもたらされたサイクロン効果は、更に、その後最適な方式で行われるこの分離を可能にする。

力学的エネルギー変換器の特徴によれば、
−前記偏向部は、熱伝達流体と高温の気体との混合物の少なくとも１つの流入開口部を前記推進車からの流出部において含んでおり、前記流入開口部は、前記推進車の前記軸に対して実質的に垂直な面内を延びており、前記偏向部は、前記混合物の流出開口部を含んでおり、前記流出開口部は、前記タンクの前記壁部の近傍において、前記流入開口部の前記平面に対して実質的に垂直な面内を延びており、前記流入開口部及び前記流出開口部は、曲がった形状を示す筐体によって互いに接続されている。

−前記偏向部は、少なくとも２つの流入開口部と、少なくとも２つの対応する流出開口部と、を含んでおり、前記開口部は、前記筐体内で少なくとも２つの流体チャネルを規定するように前記筐体内を当該筐体に対して実質的に平行に延びる少なくとも１つの内側壁部によって分離されている。

−エネルギー変換器は、熱伝達流体と高温の気体とによって形成された複数の噴流注入部と、前記推進車の前記ブレードの下に延びる同数の偏向部と、を備えている。

−前記ブレードは、各々、当該凹部の底部に実質的に垂直な軸に対して非対称な凹部を示しており、前記ブレードは、前記軸の各側に延びる頂部と底部とを含んでおり、前記頂部の曲率の半径が、前記底部の曲率の半径と異なっている。

−前記注入部は、前記ブレードの前記頂部に前記噴流を注入するように設けられている。

−前記タンクは、実質的に円錐台形状の底部を含んでおり、前記熱伝達流体を受け入れるための前記要素は、前記底部に設けられており、実質的に円筒状の壁部が、前記底部から前記推進車の前記軸に沿って延びている。

−前記推進車の前記シャフトは、前記タンクに対する前記シャフトの回転を可能にするように、流体力学的タイプの少なくとも１つの平坦な推力軸受によって前記タンクの前記底部に取り付けられている。

−エネルギー変換器は、前記タンクと、前記推進車の前記シャフトと、を取り囲むしっかりと封止され断熱された筐体を備えており、前記高温の気体を回復するための前記要素は、前記筐体の頂部に設けられている。

−前記推進車の前記シャフトは、前記筐体の内部と当該筐体の外部との間の密閉性を確保するように設けられたピストンを介して、当該筐体から退出される。

本発明は、また、熱伝達流体の流体源と、揮発性流体の流体源と、前記熱伝達流体を加熱するためのシステムと、を備えたタイプの熱エネルギーの機械的エネルギーへの変換を実施するための装置であって、加熱された前記熱伝達流体は、前記揮発性流体を蒸発させるように当該揮発性流体と混合され、前記混合物は、噴流の形態で力学的エネルギーの変換器に注入され、前記変換器は、前記噴流の軸方向の力学的エネルギーを、当該変換器のシャフトの回転力学的エネルギーに変換するように設けられており、前記力学的エネルギーの前記変換器は、前述のとおりである、装置に関する。

変換装置の他の特徴によれば、
−前記エネルギー変換器の前記シャフトは、それが回転駆動する交流発電機に接続されており、前記交流発電機は、前記シャフトの前記回転力学的エネルギーから電気的エネルギーを生成するように設けられている。

−前記熱伝達流体を加熱するための前記システムは、ソーラーエネルギー捕集手段を含んでおり、前記捕集されたエネルギーは、前記熱伝達流体の送りパイプを加熱する。

−変換装置は、前記流体の再利用を可能にするために、前記熱伝達流体を加熱するように、前記流体の貯留装置への流れ、及び／または、前記システムへの流れ、のためのエネルギー変換器によって回復された前記熱伝達流体の送りパイプを備えている。

変換装置は、前記気体の再利用を可能にするために、当該気体が凝縮されるのを可能にする冷却要素への流れ、及び、前記揮発性流体の源を形成する貯蔵要素（４）への前記凝縮された気体の送り要素、のための前記エネルギー変換器（８）により回復された高温の前記気体の送りパイプを備えている。

他の利点及び特徴は、非限定的な実施例の目的だけの為に与えられ、添付の図面に表された本発明の特定の実施の形態についての以下の記載からよりはっきりと明らかになるであろう。

本発明による熱エネルギーを力学的エネルギーに変換するための装置の概略図。

図１の装置で用いられる本発明による力学的エネルギー変換器の概略断面図。

図２の力学的エネルギー変換器で用いられる偏向部の概略斜視図。

推進車内及び本発明による変換器の偏向部内において、熱伝達流体及び高温の気体によって形成された噴流の経路の概略図。

Ｔ、Ｓ（温度、エントロピー）図でランキン及びカルノーサイクルの説明を与える図。

本発明による３４０℃の高温のグリセロールの流れから、 −１０ｂａｒ且つ２９０℃で生成される過熱蒸気 −１．５ｂａｒ且つ２９０℃への等温方式で実施される膨張 −蒸気の流れの中に噴霧される熱伝達流体の流れ −推進タービンの中に注入されるこの混合物を可能にする回路の図。

本発明による等温余水路システムの鉛直面による概略断面図。

本発明による蒸気流入側の等温余水路の鉛直面による概略断面図。

本発明による蒸気流出側の等温余水路の鉛直面による概略断面図。

貯蔵システムの図。

電力生産及び凝縮装置による貯蔵対象の加熱の段階における回路及び開放されまたは制御された弁へ制限された貯蔵装置の図。

電力生産及び浸漬ヒータによる貯蔵対象の加熱の段階における回路及び開放されまたは制御された弁へ制限された貯蔵装置の図（大きなループ）。

断続的に雲が覆っている場合の、電力生産及び高温伝達流体の後者への注入による大きなループの加熱支援の段階における回路及び開放されまたは制御された弁へ制限された貯蔵装置の図。

太陽集光器がエネルギーの損失を防ぐために隔離されている状態の、太陽源の長い消失（非常に曇った天候であるか夜間）における、高温伝達流体の注入による、電力生産及び温度規制の段階における回路及び開放されまたは制御された弁へ制限された貯蔵装置の図（小さなループ）。

調理装置を用いた特定の実施の形態による貯蔵システムの図。

第１の場合において、図１を参照すると、装置１が、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換するために、より有利には電力に変換するために描かれている。 この装置は、特には、例えば砂漠や島における孤立した場所で使用されるために設計されている。

装置１は、熱伝達流体源２と、揮発性流体源４と、熱伝達流体の加熱手段６と、力学的エネルギー変換器８と、を備えている。 装置１は、熱伝達流体及び揮発性流体がこれらの様々な要素間において運ばれることを可能にするパイプ１０のセットを備えている。

熱伝達流体源２は、例えばグリセロールのタンクであり、その熱伝達流体の特性は、知られており、特に変換装置１に適している。 グリセロールは、実際には、例えば揮発性流体を形成する高温で水と混合されるように設計されている。 このグリセロール／水混合物は、それが高温で共沸混合物や安定化合物無しに化学的に安定であり、混和性であるため、特に有利である。 このように、グリセロール及び水は、混合物が用いられた後に分離されることが可能であり、混合されて使用されることのいかなるリスクも示さない。

先に示されたように、揮発性流体源ないし熱力学的流体源は、水のタンクである。 水は、高温の熱伝達流体によって蒸発されるのに適している。 熱力学的流体は、タービンやモータを駆動する目的に適う流体である。

装置１は、熱伝達流体が熱伝達流体源２から加熱手段６に運ばれることを可能にする送りパイプ１４を備えている。 これらの加熱手段６は、例えば、ソーラーエネルギー捕集手段１６によって形成されており、捕集されたエネルギーは、例えば熱伝達流体送りパイプ１４を加熱することによって、熱伝達流体が加熱されることを可能にする。 これらの捕集手段１６は、公知であり、パラボラアンテナやパラボラリニアバケット、ヘリオスタットまたは線形フレネルレンズによって形成され得る。

これらの加熱手段６は、熱伝達流体が実質的に３００℃と４００℃との間に含まれる動作温度に加熱されることを可能にする。 あるいは、加熱手段６は、ガスボイラーまたは他の適当な手段によって形成され得る。 熱伝達流体の動作温度は、その特質や装置の必要条件に依存し、特には、揮発性液体の特質に依存する。

加熱手段６からの流出部において、パイプ１８が、熱伝達流体をノズルによって形成された注入部２０に運ぶ。

水のタンク４から来る水は、パイプ２２を通過する。 パイプ２２は、それを予熱手段を通して注入部２０に運ぶ。 これらの予熱手段は、例えば、以下において更に説明されるように変換器８によって回転駆動される交流発電機２６の冷却ヘッド２４と、過熱防止装置２８と、を含んでいる。

したがって、水は、それが加熱された熱伝達流体と混ざる注入部２０に注入される前に、増大された熱エネルギーを示す。

注入部内で、水と熱伝達流体との間の混合は、熱伝達流体の温度のために水を蒸発させる効果を有する。 水蒸気によって形成された高温の気体は、注入部２０内で、実質的に等温膨張する。 このことは、高速の噴流が注入部２０内の高温の熱伝達流体及び気体により形成されて得られるように、注入部２０に注入される混合物の力学的エネルギーを増大させる効果を有している。 水蒸気の等温膨張は、熱エネルギーの力学的エネルギーへの最良の変換効率を示す変化であることに注目すべきである。 したがって、得られた噴流は、高い力学的エネルギーを示す。

注入部２０は、実質的に水平の軸Ａに沿って力学的エネルギー変換器８に侵入する。

力学的エネルギー変換器８は、図２に具体的に示されているが、断熱性筐体３０を含んでいる。 断熱性筐体３０は、楕円形状の２つの凸状の半身の殻部３２によって形成されており、殻部３２は、有利には２つのフランジ３４に溶接されている。 ２つの半身の殻部３２の溶接は、注入部２０の軸Ａに対して垂直な実質的に鉛直の軸Ｂを有する密閉された筐体３０を形成する。 筐体３０の底部は、例えば、熱伝達流体タンク２を形成しており、熱伝達流体タンク２において、熱伝達流体は、以下にさらに説明されるように、それが変換器８を通過した後、集められる。

タンク３６は、筐体３０の内側に設けられている。 このタンク３６は、実質的に錐台形状の底部３８または漏斗の形状の底部と、底部３８から延びる実質的に円筒形状の壁部４０と、によって形成されており、底部３８及び壁部４０は、軸Ｂに沿って延びている。

円筒状推進車４２は、実質的に鉛直な軸Ｂに沿って延びるシャフト４４によって回転するようにタンク３６に取り付けられている。 推進車４２は、噴流の軸方向の力学的エネルギーをシャフト４４の回転力学的エネルギーに変換するように注入部２０によって注入された噴流が推進車４２及びシャフト４４を回転させる、というように注入部２０に面して位置している。 推進車４２は、筐体３０内に位置している。

推進車４２は、実質的に径方向に延び凹形状を示す複数のブレード４６を含んでいる。 ブレード４６の凹部４８は、注入部から来る注入された噴流が当該凹部４８に到達し推進車４２の回転をもたらすように、注入部２０の方向に面している。 ブレード４６の凹部は、凹部の底部５０を通過する軸Ｃであってこれらの凹部に実質的に垂直な軸Ｃに対して非対称な形状を示しており、すなわち軸Ｃの上の軸に実質的に平行であり、底部は、軸Ｃの上方を延び、底部５４は、軸Ｃの下方を延びている。 頂部５２及び底部５４は、異なる曲率半径及び長さを示している。 特に、底部５４の曲率の半径は、頂部５２の曲率の半径よりも非常に大きい。 一方、底部５４の長さは、頂部５２の長さよりも長い。

注入部２０は、ブレード４６の頂部５２上に噴流を注入するように設けられている。 ブレード４６上への噴流の注入の位置及びブレードの特別な形状は、ブレード４６内における噴流の経路が長くされることを可能にし、ブレードからの流出部でのこの噴流の層化が改善されることを可能にする。 このことは、熱伝達流体及び高温の気体の連続した分離を可能にする。 ブレード４６の噴流の流出角度、すなわちブレードの底部の端部に接する線と水平な軸Ｃとの間に形成される角度が、実質的に８°と１２°との間に含まれており、ブレード４６からの流出部における噴流が、ブレードの流出部の角度が実質的に４°と８°との間に含まれている従来のペルトンタービンにおける力学的エネルギーよりも非常に大きな力学的エネルギーを示すようになっている。 この力学的エネルギーの増大は、熱伝達流体及び高温の気体の分離を改善する。

実際、ブレード４６からの流出部において、噴流は、ブレード４６の下方を延びる偏向部５６であって受け入れられた流体をタンク３６の壁部４０に向けるように設けられた偏向部５６内に進入する。 図４に表されているように、偏向部は、熱伝達流体及び高温の気体の混合物が層状にされることを可能にする。 特に、偏向部５６は、図３により具体的に示されているが、図４に示されているように、推進車４２から流出された混合物を実質的に鉛直な方向に戻すように、且つ、継続的にこの混合物を実質的に水平方向に向けるように設けられており、それがタンク３６の壁部４０に接するように偏向部５６から流出されるように、すなわち、混合物がタンク３６の壁部４０に沿って偏向部５６から流出されるようになっている。 この目的のため、偏向部５６は、推進車４２からの流出部において熱伝達流体と高温の気体との混合物の少なくとも１つの流入開口部５８と、混合物の流出開口部６０と、を含んでいる。 流入開口部５８は、推進車４２の軸Ｂに対して実質的に垂直な面内、すなわち実質的に水平な面内、を延びており、流出開口部６０は、タンク３６の壁部４０の近傍において、実質的に鉛直な平面内を延びている。 流入開口部５８及び流出開口部６０は、図３に示されているように、湾曲した形状を示す筐体６２によって互いに接続されている。 図３に示されている特別な実施の形態によれば、内壁部６４は、筐体内において混合物の流路を規定するように、且つ、数個の流入開口部５８及び対応する数の流出開口部６０を分離するように、筐体６２の内部を筐体６２に対して実質的に平行に延びている。

熱伝達流体及び高温の気体の分離は、ブレード４６の形状による混合物の遠心分離によって、ブレード４６内で始まる。 偏向部５６内を通る時、図４に示されているように、混合物の残りの部分は層状にされ、推進車４２の流出部方向の流れからタンク３６の壁部４０の接線方向の流れに継続的に移行する。 この接線方向の流れは、壁部４０の円筒形状により、混合物の遠心分離を生じさせ、このことは、サイクロン効果による高温の気体及び熱伝達流体の分離が完了されることを可能にする。 このように、混合物の分離は、熱伝達流体と高温の気体とが９８％より高い程度に分離されるように、最適な方法で行われる。 実質的に鉛直な軸Ｂの周りを回転するよう推進車４２を設けることは、偏向部５６が適当な方法で混合物を差し向けるよう配置され得るということによって、サイクロン効果がタンクの壁部上に生み出されることを可能にする。

一実施の形態によれば、エネルギー変換器は、数個の注入部２０、例えば従来のペルトンタービンのように６つの注入部２０、と、同数の偏向部５６と、を含んでいる。

一度分離されると、熱伝達流体は、重力によってタンク３６の底部まで運ばれる一方、水蒸気によって形成された高温の気体は、筐体３０の頂部に移動される。 筐体３０の頂部は、熱伝達流体から分離された高温の気体の回収手段６６を含んでいる。 高温の気体は、筐体からこれらの回収手段６６を介して流出され、以下に更に説明されるように、装置の残りの部分を流れる。

タンク３６の底部３８は、熱伝達流体の回収手段６８を含んでおり、熱伝達流体がタンク４０から流出した時にタンク２内に進むようになっている。 これらの回収手段６８は、例えば、タンク３６の底部３８に形成されタンク３６と筐体３０の底部との間を連通する送り流体孔によって形成されている。

回収された熱伝達流体は、特に少なくとも１つの単純な流体力学的タイプの推力軸受７０であって、推力軸受７０を介して推進車４２のシャフト４４がタンク３６の底部３８において回転して取り付けられているという推力軸受７０における潤滑の目的に役立つ。 平坦な推力軸受７０は、実際には、回収手段６８によって回収された熱伝達流体に浸されている。 そのような軸受７０は、従来の玉軸受とは異なり、シャフト４４の回転が高温環境において高速で長い耐用時間でもって実施されることを可能にする。 更に、筐体３０内側への軸受７０の取り付けは、密閉性についてのいかなる問題も回避し、危険になり得る熱伝達流体の漏出が防がれることを可能にする。 図２に示された実施の形態によれば、変換器８は、２つの単純な推力軸受７０を含んでいる。

タンク２内では、例えば容積測定タイプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｔｙｐｅ）の熱伝達流体送りポンプ７２は、同質動的封止部（ｈｏｍｏｋｉｎｅｔｉｃ ｓｅａｌ）７４によって、シャフト４４上に適合されている。 この部分は、筐体３０の内部を外部と接続し熱伝達流体が装置１の残りの部分へ流されることを可能にする流出パイプ７６に接続されている。 このように送りポンプ７２は、熱伝達流体２をタンクから吸い込むように且つそれを流出パイプ７６へ注入するように設けられている。 送りポンプは、駆動モータを有していない。 なぜなら、駆動モータによる作動が、注入部２０によって注入された噴流によって駆動される推進車４２のシャフト４４の回転によって実施されるからである。

流出パイプ７６は、送りパイプ７８に接続されており、送りパイプ７８は、加熱手段６を通過する熱伝達流体送りパイプ１４に接続されている。 このように、筐体３０からの熱伝達流体の出力は、注入部２０によって注入された噴流を形成するために再利用される。 流出パイプ７６は、さらに有利には、送りパイプ８０に接続されており、送りパイプ８０は、チェック弁８４を介して貯蔵タンク８２に接続されている。

貯蔵タンク８２は、送りポンプ７２によって、一定の圧力、例えば約１０ｂａｒ（１ｂａｒは１０ ^５ Ｐａに等しい）に維持される。 貯蔵タンク８２は、貯蔵タンク８２内の熱伝達流体の膨張または収縮を補正する拡張管として作動する膜式アキュムレータ８６に接続され得る。 この貯蔵タンク８２は、熱エネルギー源を構成し、この貯蔵タンク８２内に存在する熱伝達流体は、高温に維持される。 注入部２０に接続された送りパイプ８８が、貯蔵タンク８２と注入部２０との間を延びており、貯蔵タンク８２内に含まれた高温の熱伝達流体が注入部によって吹き込まれる噴流を形成するために使用され得るようになっている。 このようにして、加熱手段６がもはや作動していない時、例えばソーラーエネルギー捕集部１６が作動不能にされている曇りの時間や夜間、装置は、作動し続ける。 制御弁９０が、熱伝達流体送りパイプ１４、１８、７８、８０、８８内の流量の制御を行うように、送りパイプ８８の経路上に取り付けられている。

流出パイプ７６を介して流出された熱伝達流体の一部は、制御弁９６を通る送りパイプ９４によって、熱エネルギーを料理プレート及び／またはパン焼き窯９２、或いは熱エネルギーの供給を必要とする他の装置に供給する目的にも役立ち得る。 用いられた熱伝達流体は、逆止弁１０２を通る送りパイプ１００によって、タンク２に再度注入される。 その結果、装置１により用いられる熱伝達流体は、噴流供給エネルギー変換器８を形成する目的に役立つことに加えて、熱エネルギー源を有することを可能にする。

特定の実施の形態において、推進車４２のシャフト４４は、筐体３０の内部と筐体３０の外部との間の密閉性を保証するように設けられたピストン１０４、例えばスウェーデン式ピストン（Ｓｗｅｄｉｓｈ ｐｉｓｔｏｎ）、を経て筐体３０から出ている。 シャフト４４は、交流電源２６のロータ、有利には永久磁石式のロータ、を回転駆動する。 この交流電源２６は、シャフト４４の回転力学的エネルギーが電力に変換されることを可能にする。 交流電源２６は、そのエアギャップの高さで、そのロータに取り付けられたファン１０６と水送りパイプとによって冷却され、冷却部２４を形成し、それは、その固定子を覆っている。 冷却部２４に供給する水は、水タンク２０から来て、シャフト４４によって作動される容積測定タンク（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）１０８によって減速ギア１１０を経て冷却ヘッド２４に運ばれる。 そのため、ポンプ１０８は、作動モータを含んでいない。 冷却ヘッド２４は、前述したように、交流電源２６を冷却する目的及び水を予熱する目的に役立つ。

筐体３０内に設けられた回収手段６６によって回収された水蒸気は、有利には、タンク４に戻される。 優先的に、筐体３０内設けられた回収手段６６によって回収された水蒸気は、パイプ（不図示）を通って過熱防止部２８によって冷却される。 この冷却された水蒸気は、その後、前述したように、注入部２０によって注入される噴流を形成するために再利用される前に、冷却タワー１１４のフィン付チューブ１１２の電池内で、凝縮され、低飽和状態とされ（ｓｕｂ−ｓａｔｕｒａｔｅｄ）、送りパイプ１１６によって水タンク４に戻される。

交流電源２６は、前述したように、電力分配網１１８と、熱伝達流体貯蔵タンク８２の温度を維持するために設けられた浸漬ヒータ１２０と、に電力を供給するために用いられる。

前述された装置１の通常の動作並びに夜間及び曇天時の動作は、前述された記載から明確に理解可能である。

装置１の起動動作について、説明する。 ここで、変換器８は停止されており、容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）７２及び１０８は、作動していない。 この起動を可能にするために、過熱防止装置２８に流入される水が遮断されることを可能にする弁１２２と、冷却部２４を容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）１０８の流入部に接続する排出弁１２４と、が設けられている。 装置の起動が行われる時、弁１２２は閉じられており、そのため、容積ポンプ１０８を経て流れる水は注入部２０に供給されず、排出弁１２４を介して容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）の流入部に戻る。 例えば光起電性パネル１３０によって日中に給電を続ける貯蔵電池１２８によって給電されながら、交流電源２６は、フィールドベクトル制御タイマー１２６によって同期式に起動される。 この交流電源２６の起動は、推進車４２のシャフト４４の回転を起こさせる効果を有しており、このことは、容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）７２及び容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）１０８の起動をもたらす。 これによって、熱伝達流体の流れ及び水の流れが引き起こされる。 注入部２０の流入部における熱伝達流体の温度が水を蒸発させるのに十分な温度に達した時、弁１２２は開放され、装置１は通常の動作に切り替わる。

前述したこの装置は、完全に自律式に動作することが可能であり、そのため、孤立した場所での使用に特に適している。 エネルギー変換器８は、装置１の最適の動作を実現するために、熱伝達流体が高温の気体から効果的に分離されることを可能にする。

用いられる自然界の流体、熱伝達流体及び水、は、漏出発生の事象において危険性が低減されることを可能にする。 これらの流体は、実は、人々の健康にとって危険ではなく、容易に取り扱われ得る。 さらに、これらの物質は、いかなる危険もなく生命有機体によって摂取され得る。 このことは、装置１が設置される環境の保護にとって有利である。

モータを用いない容積測定ポンプ（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｐｕｍｐ）の動作及び交流電源の可逆的な動作は、装置の効率を向上させる。 なぜなら、装置の起動が起動モータを必要としないからである。 さらに、このモータの不存在は、モータの満足のいく動作に依存することのない装置１の信頼性を向上させる。

第２の場合であって及び本発明による他の特定の実施の形態によれば、図６に示されているように、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する装置は、第１の流体供給ライン２０５と、熱伝達流体供給ライン２０６と、を備えている。 装置は、また、第１の流体供給ライン２０５に接続された第１の流入部が設けられた蒸気生成器２０１を備えている。 第１の流体は、第１の流入部と第１の流出部との間に第１の経路を取る。 蒸気生成器には、また、熱伝達流体を受け入れる第２の流入部が設けられている。 第２の経路は、第１の経路から区別されている。 第１の経路は、第１の流体から蒸気を形成するように、第２の経路に熱的に接続されている。 蒸気は、蒸気生成器２０１から第１の流出部を介して流出される。

変換装置は、さらに、蒸気生成器２０１の第１の流出部に接続された第１の流入部が設けられたチャンバ２０２を備えている。 第１の流体は、第１の流入部と第１の流出部との間でチャンバ２０２内で第１の経路を取る。 チャンバ２０２は、複数の基本等温式膨張を単位として分割された膨張によってチャンバ２０５内の第１の流体の等温膨張を実施するように構成されている。 チャンバ２０２には、熱伝達流体供給ライン２０６に接続された第２の流入部が設けられている。 熱伝達流体は、第２の流入部と第２の流出部との間で第１の経路から区別された第２の経路を取る。 チャンバの第２の流出部は、蒸気生成器２０１の第２の流入部に接続されている。 第１の経路は、各膨張間で第１の流体を加熱するように、第２の経路に熱的に接続されている。

変換装置は、さらに、チャンバ２０２の第１の流出部と、蒸気生成器２０１の第２の流出部と、に接続された混合装置を備えている。 混合装置は、二相混合物を得るように、蒸気の形態の第１の流体を熱伝達流体と混合するように構成されている。

流体によって意味されるものは、液体や気体である。

有利には、第１のチャンバは、可変加熱を伴う貫流蒸気生成器（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｅａｍ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０１である。 好ましい方式では、第２のチャンバは、一定の圧力で蒸気生成器２０１の流出圧力を維持する等温余水路２０２であり、流入ライン２０５は、注入部２０５であり、注入部２０４が、二相混合物を生成するように、スプレー式ノズル２０３と余水路２０２からの第１の流体の流出部とを用いて構成されている。

装置は、有利には、機械的エネルギーを３つの異なる段階で熱エネルギーから生成されることを可能にする。

−加圧下での水の蒸発及び過熱 −気体の熱エネルギーを力学的エネルギーに変換する等温膨張 −力学的エネルギーの気体から混合装置の内部の熱伝達液体への伝達 装置は、完全に機械的調整をもたらし、電子機器が装置内に存在するということを回避する。

好ましい実施の形態によれば、熱伝達流体は、余水路２０２と蒸気生成器２０１とスプレー式ノズル２０３と連続的に結合する主たる回路に流入する。

熱源２０６を起源とする高温熱伝達流体は、蒸気を蒸気の膨張の間加熱する等温余水路２０２に送り込まれる。

装置は、有利には、熱伝達流体のフラックスから、過熱された蒸気が生成され、加圧下において１０ｂａｒで２９０℃から、１．５ｂａｒで２９０℃に膨張される。 等温膨張は、蒸気が約１３０ｍ／ｓの速度を与えられることを可能にする。

有利には、蒸気の形態の第１の流体は、同時に熱伝達流体の熱入力によってその温度を維持しながら、等温余水路２０２において１．５ｂａｒに膨張する。

等温余水路からの流出部において、熱伝達流体は、貫流蒸気生成器２０１の主たる回路に流入される。 その流出部において、軽度の低飽和（ｓｌｉｇｈｔ ｓｕｂ−ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）の状態で約２〜５℃でスプレー式ノズル２０３によって、高速で減圧器から流出される蒸気の流れ中に流入され、注入部２０４内に二相の流れを生成するようになっており、それは後者から大気圧で出力される。

貫流蒸気生成器が、有利には、単純な流体流れシステムが低いコストで所有されることを可能にし、摩擦による損失が多重経路式生成器と比較して低減されることを可能にする。

有利には、熱伝達流体により取られる経路は、第１の段階では、等温余水路２０２内の第１の流体の温度を保つように構成される。 第２の段階では、それは、蒸気生成器の“主たる回路”に入力される。 第３の段階では、熱伝達流体は、二相の流れを生成するように蒸気の形態の流体と混合される。

等温余水路２０２は、いかなる蒸気流速が生成されようとも、可変過熱を伴う貫流蒸気生成器２０１の流出圧力を一定の値に維持する。

これにより、装置は、加圧下における過熱された蒸気の生成という機能と、蒸気の等温膨張という機能と、高速の蒸気と熱伝達流体との混合という機能と、を分離しながら、二相混合物が高速で加圧下の過熱された蒸気と熱伝達流体とから生成されることを可能にする。

二相混合物によって意味されるものは、２つの異なる相を含む混合物である。 好ましくは、これは液相と気相とを含んでいる。 気相は、好ましくは、水蒸気である。 液相は、有利には、液体の形態の熱伝達物質である。 例えば、熱伝達物質は、グリセロールのような熱伝達流体であり得る。

図７、図８及び図９に示されているように、等温余水路は、好ましくは、固定された本体部２１５ａと、可動弁２１０と、によって形成されている。 可動弁と固定された本体部との間の密閉性は、蛇腹部２２７によって実現されている。 可動弁及び固定された本体部は、７つの加熱ステージを構成し、各加熱ステージは、８つの積層装置２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２３９によって分割されている。

他の実施の形態によれば、積層システムは、弁によって置き換えられ得る。

有利には、積層システム２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２３９の直径は、余水路２０２の流入部２１６と流出部２３７との間で増大する。

これらの装置は、可動弁上に機械加工された雄錐状部と、固定された本体部内に機械加工された雌錐状部とによって形成されている。 これらの弁／座部組立体の開口部の直径は、それらの損失水頭がそれぞれの流入部での蒸気の圧力のために、したがって体積のために、等しくなるように決定されている。

弁／座部組立体の直径は、本体部２１５ａ内の可動弁２１０に適合し得るように、余水路の底部と頂部との間で増大している。

各積層装置の損失水頭は、ゼロと減圧器の公称流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）との間に含まれる全ての流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）で、約１．２５ｂａｒである。 積層装置の空隙は、したがってそれらの損失水頭は、バネ２３２の動作の反作用と、流入部及び流出部の間の圧力差による力の反作用と、によって固定されている。 すなわち、それは、変化し得る流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）において一定の損失水頭を維持する従来の工業的圧力損失余水路の動作である。

ネジ部２３１が、膨張値がバネ２３２の圧縮を最適にすることにより適合されることを可能にする。 ネジ部２３１は、有利には、回路での損失水頭が制御されることを可能にし、これにより、蒸気生成器２０１からの流出部での圧力である上流圧力を制御する。

積層装置での各膨張の後、蒸気は、固定された部分及び可動部分において、その送りチャネル２５５を囲む壁部によって次の装置に至るまで再加熱される。

有利には、蒸気の形態の第１の流体の送りチャネルは、２つの積層装置の間の固定されたピッチを有する螺旋部を含んでおり、ピッチは、各ステージにおいて増大している。

チャネルによって意味されるものは、矩形断面を有するスレッドである。 ピッチは、螺旋部の１回転を経て殻部の同一の生成ライン上で２つの区分を分ける距離であり、それは断面積に依存しない。

有利には、余水路２０２は、互いから密閉された３つのチャネルを各々形成するように設けられた３つの殻部２５０、２５１、２５２を有している。 殻部は、例えば、中空の円筒状の管である。

固定された本体部は、２つの同心の殻部２５０及び２５１によって形成されている。 殻部２５０及び２５１は、互いに加熱プレスされて、溶接により互いに固定されている。 殻部２５０は、一定のピッチ及び矩形の断面を有するネジの形態で外周部上に機械加工されており、その直径は、各ステージにおいて増大している。

殻部２５０は、殻部２５１と共に、本体部２１５ａ内に熱伝達流体の側部送りチャネルを形成している。

可動弁は、芯部２１０によって形成されており、芯部２１０上には、一定のピッチ及び深さを有するネジ部であって各ステージで増大する直径を有するネジ部が、また、機械切りされている。

機械切りによって意味されるものは、例えば旋盤やフライス盤上で機械加工されることや、複合工作機を用いて機械加工されることである。

底部が設けられた殻部２５２は、このように機械加工された芯部上に加熱プレスされている。 殻部は、可動弁２１０内で熱伝達流体チャネル２５４を規定している。 ピッチが１つのステージに亘って一定のままであり各ステージで増大する螺旋部２５５であって一定の深さを有する螺旋部２５５は、可動弁２１０の殻部２５２の外周部に切られている。 有利には、可変ピッチ及び直径を有する螺旋状に巻かれたチャネルは、蒸気を蒸気生成器２０１の流出部から注入部２０４の流入部に流すように設計された分岐部を構成している。

１つのステージのための螺旋部の断面は、したがってそのピッチは、対象とされたステージの平均圧力での蒸気の比容積に比例する。 蒸気の連続する螺旋は、蒸気の速度が余水路の流入部において１０ｂａｒで６０ｍ／ｓから、流出部において１．５ｂａｒで１３０ｍ／ｓまで変化させられることを可能にする。

蒸気は、積層装置２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２３９によって分離された、一定のピッチの複数の螺旋部によって形成されたチャネル２５５内において、流入部２１６から流出部２３７まで、円形回収部２３６を経て運ばれる。

２つのチャネル２５３及び２５４内を流れる熱伝達流体フラックスは、螺旋部２５５内を流れる蒸気フラックスに熱を与える。 熱伝達流体送りチャネルは、有利には、螺旋形であるかまたは螺旋状に巻かれており、蒸気の形態の第１の物質の送りチャネルの各側に位置している。 好ましくは、チャネルは、固定されたピッチと深さを有しており、それらの直径は、各ステージで変化する。

殻部２５０の機械加工及び殻部２５２の機械加工からの溝部の底部の残りの厚さは、熱伝達流体と膨張する蒸気との間の熱交換を助長するように、約１．５ｍｍまで低減される。

本体部２１５ａに対する弁２１０の動きを可能にする１〜２／１０ｍｍという機能的クリアランスが、殻部２５１と殻部２５２との間に位置する。

異なる直径を有する可動弁２１０のステージの間の熱伝達流体の流れの連続性は、カウンターボアまたは経路２２３及び穴部２２１によって生じる。

有利には、カウンターボアまたは穴部は、２つのステージ間の経路の機能を果たす。

コアのネジ部２５４への熱伝達流体の供給は、流入部２３０を経て、続いて中央チャネル２２２へと行われる。 中央チャネル２２２は、隔壁２２４を経てネジ部２５４の基部に供給する。 流出は、穴部２４０を介して行われ、穴部２４０は、流出部２３５に接続された環状回収部２２９内へ開放されている。

固定された本体部２１５ａのネジ部２５３への熱伝達流体の供給は、２つの流入部２２５及び２２６を経て行われる。 流出は、回収部２３８及び２３９を介して行われる。

有利には、２つの流入部２２５及び２２６は、ネジ部２５３に熱伝達流体が供給されることを可能にする。 他の実施の形態によれば、単一の熱伝達流体流入部が、装置内に存在する。

２つの流入部を有する装置が、流入流体の速度が上昇されることを可能にし、損失が低減されることを可能にする。

異なる直径のステージ間における熱伝達流体の流れの連続性は、ボア２２０及び穴部２２３を経て生じる。

流体間の交換のための螺旋状チャネル内の流れの使用は、交換係数の大きな改善が増大された乱流によって得られることを可能にする。 さらに、螺旋形状の発散を有するという事実は、装置の大きなコンパクトさが得られることを可能にする。 巻かれている場合、それは約８００ｍｍの高さを有しているが、まっすぐな平坦な形では、それは約１２ｍの長さである。

装置は、また、熱力学的流体としての水と、熱伝達流体としてのグリセロールと、が共同して機能させられることを可能にし、１０ｂａｒで後者による水の吸収の問題を回避する。 このことは、二重相で真の等温膨張を得ることでの困難さをもたらす。 膨張の間に水が蒸発されるので、相の間の伝達及び外部熱の入力によって、潜熱を供給することは不可能である。 グリセロールは、危険性が考慮される場合、非常に大きな利点を有している。 すなわち、グリセロールは、実際に食べることができ、この装置は、膨張の等温性（ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌｉｔｙ）を妨げる溶解現象を防ぐ。

機械的な余水路の使用は、貫流蒸気生成器からの流出部において、制御弁とその制御電子機器とを適合させることを回避する。

本発明の熱エネルギーの機械的エネルギーへの変換器は、熱力学流体の等温膨張が移動の量を作ることを可能にする。 それは、例えば、推進車を使用する電力生成モジュールに、特に魅力的なシンプルさと効率の良さを授ける。

他の好ましい実施の形態において、膨張システムからの流出部において、約２〜５℃の軽度の低飽和（ｓｕｂ−ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）での熱伝達流体の流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）は、細かな滴の形態で気体の流路内に注入される。 滴の寸法は、滴が短い距離に亘って蒸気の速度で実際に移動されるように適合される。 その後、混合物は、推進タービンのバケツに注がれる。

換言すれば、余水路は、２つの要素を含み得る。 第１の要素は、固定された第２の要素内で動き得る。

さらに、第２の要素は、外側殻部２５０を含んでいる。 外側殻部２５０内には、中央殻部２５１が、余水路の長手方向軸Ａ１の周りに第１の螺旋状チャネル２５３を描くように、係合されている。 外側殻部２５０及び中央殻部２５１は、互いに対して固定されている。 換言すれば、それらは、同じ動き参照フレーム（ｔｈｅ ｓａｍｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｒａｍｅ）内に位置している。

第１の要素は、本体部２１０を含んでいる。 本体部２１０は、余水路の長手方向軸Ａ１に沿って延びており、また、本体部２１０には、Ａ１の方向の長手方向外側面上に螺旋状溝部が設けられている。 螺旋状溝部は、軸Ａ１を囲む第２の螺旋状チャネル２５４を描くように設計されている。 内側殻部２５２は、溝部を閉鎖し第２の螺旋状チャネル２５４を形成するように細長い本体部２１０上に係合されている。 換言すれば、一般的な方法で、細長い本体部２１０及び内側殻部２５２は、長手方向軸Ａ１を囲む第２の螺旋状チャネルを描くように構成されている。

第１の要素は、内側殻部２５２が中央殻部２５１に面しているように第２の要素の中で可動に取り付けられている。 内側殻部２５２及び中央殻部２５１は、第３の螺旋状チャネル２５５を描くように構成されている。 実際には、第１、第２及び第３の螺旋状チャネル２５３、２５４、２５５は、３つの同心の螺旋としてみなされ得る。 第３のチャネル２５５は、第１のチャネル２５３と第２のチャネル２５４との間に位置している。

余水路は、第１、第２及び第３のチャネルが互いに対してしっかりと封止されるような方法で構成されている。 第１及び第２のチャネル２５３、２５４は、熱伝達流体の流れを作るように形成されている。 一方、第３のチャネル２５５は、蒸気生成器の流れから来る蒸気の形態の流体を作るように設計されている。 第１及び第２のチャネル２５３、２５４の機能は、有利には、蒸気の形態の流体の温度を制御して、好ましくはその温度を余水路内での後者の移動の間一定に保つことである。 第１のチャネルは、余水路の第１の端部の高さの少なくとも１つの流入部２２５、２２６と、余水路の第２の端部の高さに位置する少なくとも１つの関連付けられた流出部２３８、２３９と、の間に熱伝達流体を供給され得る。 図７乃至図９では、２つの流入部２２５、２２６と、２つの流出部２３８、２３９と、が存在し、このことは、流体の入力が増大されることを可能にするが、単一の流入部及び／または単一の流出部で十分である。 第２のチャネル２５４は、第１の要素の本体部２１０内に形成された中央チャネル２２２によって、余水路の第１の端部（流入部２２４）の高さで熱伝達流体を供給され得る。 当該中央チャネルは、可撓性の熱伝達流体流入パイプによって、余水路の第２の端部の高さで接続されている。 第２のチャネル２５４に関連した熱伝達流体は、その後、余水路の第２の端部の高さに位置する流入部２２４と流出部２３５との間を流れ得る。 第３のチャネル２５５は、その部分のために、余水路の第１の端部の高さで供給され、流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）は、第１の積層システム２１１によって適合され得る。 実際には、第３のチャネル２５５に供給するために、余水路は、空洞部２６１内へ開放している蒸気の形態の流体の流入部２１６を含み得る。 空洞部２６１の体積は、第２の要素に対する第１の要素の位置に応じて変化し得る。 また、空洞部は、第１の積層システム２１１を介して第３のチャネル２５５と連通している。 第３のチャネル２５５の流出部２３７は、有利には、余水路の第２の端部の高さに位置決めされている。 少なくとも第１の積層システム２１１は、有利には、余水路から上流の圧力、すなわち蒸気生成器からの流出部での圧力、が適合されることを可能にする。 実際には、図７において、第１、第２及び第３のチャネルの各流入部は、余水路の第１の端部の高さに位置しており、それらの流出部の各々は、余水路の第２の端部の高さに位置している。

有利には、余水路の流入部での流体の圧力は、１０ｂａｒであり、流出部での圧力は、１．５ｂａｒである。

図７に表されているように、蒸気の形態の流体の速度を余水路を通じて制御するために、後者は、その長手方向軸の方向に、いくつかのステージに分割されている（例えば図７の実施例では、参照符号Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７が付された７つのステージが存在する）。 蒸気の形態の流体の速度は、特に第３の螺旋状チャネル２５５の螺旋推進器（ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）のピッチ及び第３のチャネルの断面を増大させることによって、制御され得る（実際にはこの場合、ピッチは、ピッチが参照符号Ｐ１によって示されている図７の断面に従ってチャネルの２つの部分／回転間でチャネルの中心を隔てる距離に対応している）。 機械的方式で流体の速度及び膨張を制御するために、螺旋状チャネル２５３、２５５、２５４の各々の回転の直径ｄ _１ 、ｄ _２ 、ｄ _３は、各ステージＥ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５、Ｅ６、Ｅ７間で、蒸気の形態の流体の伝搬の方向に増大する（伝搬の方向は、図７で矢印Ｆ１によって示されており、この方向は、実質的に余水路の長手方向軸Ａ１に平行である）。 さらに、各ステージ間の膨張及び流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）を機械的に制御し、流体の速度を保つために、余水路は、積層システムを含んでいる。 積層システム２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２３９は、各ステージ間の接合部分に設けられている。 積層システムは、有利には、中央殻部２５１の１つの表面及び内側殻部２５２の１つの表面が、当該２つの表面が接触しまたは積層が最大限になるような距離だけ離間され得るという近位位置を占めることができ（その時、当該システムは、ほとんど閉鎖された弁として機能する）、且つ、積層が最小限になるという遠位位置を占め得る（その時、当該システムは、開放した弁として機能する）、というように実現されている。

有利には、積層装置のセットは、余水路から上流の圧力、すなわち蒸気生成器からの流出部における圧力、が効果的に適合されることを可能にする。

有利には、流体の速度は、損失水頭、チャネルの腐食、摩擦、及び、不十分な積層及び／またはチャネルの損傷をもたらすであろう乱流を回避するように、５０ｍ／ｓ及び１００ｍ／ｓの間に含まれている。 さらに、高すぎる速度は、適合感度の損失を引き起こすことがあり、装置のバネの動作が無効になることがある。

図７乃至図９の実施例において、各チャネルの回転の直径ｄ１、ｄ２、ｄ３があるステージから他のステージまで理想的な方式で増大している場合、経路２２０、２２１、２２３は、第１及び第２のチャネル２５３、２５４のために、あるステージの最後の回転を、蒸気の形態の流体の伝搬の方向Ｆ１の結合されたステージの最初の回転に適合させるように設けられている。 第３のチャネル２５５のあるステージから他のステージへの経路は、その部分の為に、積層システムによって実現される。

例えば漏出の場合のような動作の問題が生じた場合における分割された膨張の使用は、漏出が一つのステージに制限されることを可能にする。

第２の要素内の第１の要素の可動性のために、内側殻部２５２は、長手方向軸Ａ１に沿った第２の要素に対する第１の要素の移動を可能にするように、機能的クリアランスのために中央殻部２５１から分離されている。 機能的クリアランスは、第３の螺旋状チャネル２５５を描く螺旋部の２つの隣接した先端部間に直通の流体経路の存在を導入する。 換言すれば、流体は、大部分、それ自身を余水路の長手方向軸Ａ１の周りに巻きながらチャネル２５５に沿ってＦ１方向に移動する。 そして、当該流体の一部は、１つの回転から他の回転へ、機能的クリアランスによる間隙を経て通過する。 しかしながら、これらの間隙によりもたらされたバイパスは、実装された機能的クリアランスの範囲で無視可能である。

前述されたように、第２の要素に対する第１の要素の可動性は、積層が機械的方式で実装されることを可能にする。 機械的システムは、コンパクトな装置が電子機器が原因の問題（電力供給、補修等）を制限しながら得られることを可能にする。 第２の要素に対する第１の要素の位置、及びそれゆえ積層システムの適合が、例えばバネ２３２と連結した保持ネジ部２３１によって実現された圧力システム２３１、２３２によって実行され得る。 圧力システム２３１、２３２は、有利には蒸気生成器２０１からの流出部において一定圧力を得るように、圧力が適合されることを可能にする。

もちろん、スペースや電子機器に関するいかなる問題も生ずることなく、当業者は、例えば電動弁のような別個の遠隔制御弁と、蒸気を加熱するための各弁の間の熱交換器と、を実装することにより、異なるステージを実現し得る。 その場合、第１の要素は、第２の要素内に可動に設けられる必要はない。 ステージの数は、例示の目的のために及び当然この装置に適合して与えられており、当業者は、ステージ及びその数を調整し得る。

第３の場合において、及び、他の好ましい実施の形態によれば、熱伝達流体は、ソーラーエネルギー捕集及び集結装置と、熱エネルギーを電力へ変換するモジュールへ運ぶ熱伝達流体回路と、電力生成が夜間及び曇天時に継続されることを可能にするオリジナルの熱エネルギーの貯蔵システムと、を含む、ソーラーエネルギーから隔離された場所における熱エネルギー及び電気的エネルギー貯蔵生成ユニット内で用いられる。 この生成ユニットは、７０℃の環境温度、砂嵐、強風及び工業化されていない地方のその土地固有の居住環境という厳しい気象条件の下で数年間、途切れることなく補修作業なしに稼働しなければならない。

本発明の目的を形成する電力生成ユニットの貯蔵器において、その容量は、その他の全ての物が等しい場合、従来の貯蔵器と比較して、５倍増大される。 なぜなら、貯蔵対象の導入が２つの異なる方式で行われるからである。 すなわち、第１に太陽集光器によりもたらされた熱によって行われ、それから、タンクの温度が太陽集光器からの流出部における熱伝達流体の温度に等しい時、熱エネルギーを電力に変換するためのモジュールの交流電源によって供給される電気的浸漬ヒータによって行われる。 太陽集光器がまず熱伝達流体を約３００℃に加熱して、貯蔵対象の温度は、最高で約４５０℃まで上昇され得る。

「熱電貯蔵器」と呼ばれるこの貯蔵構成において、浸漬ヒータは、交流電源により供給される電力の全てを吸収し得る。

特定の実施の形態によれば、熱伝達流体回路の分岐を有しているため、パン焼き窯及び調理プレートを加熱し得る。 したがって、日光が無い状態で動作し得る。

熱エネルギーを貯蔵するための装置は、熱伝達流体タンク３０８と、タンク３０８に接続され熱伝達流体を加熱するように構成された太陽集光器３０１と、タンク３０８内に設けられた浸漬ヒータ３１０と、を有している。 蒸気生成器３０２は、熱伝達流体を供給される。 交流電源３０６は、当該蒸気を用いて供給され、交流電源３０６は、タンク３０８の温度が太陽集光器３０１からの流出部における熱伝達流体の温度と等しい時に、タンク３０８の温度を太陽集光器３０１の温度より高く上昇させるように、浸漬ヒータに給電するように構成されている。

熱電貯蔵器の動作は、図１０によって示されている。

太陽光線から来る熱エネルギーは、太陽集光器３０１で捕集及び集結され、太陽集光器３０１は、蒸気生成器３０２の主要部に供給する熱伝達流体を加熱する。 後者は、タービン３０５を駆動する蒸気を生成する。

以下のものが、タービンの軸線上に設けられている。 すなわち、熱伝達流体３０３のためのギアポンプ、供給ポンプ３０４及び交流電源３０６である。

タービンから流出された蒸気は、冷却タワー３０７のフィン付管のセット内で凝縮され低飽和状態（ｓｕｂ−ｓａｔｕｒａｔｅｄ）とされる。 凝縮された水は、その後、冷却タワーの貯留部に集められ、供給ポンプによって蒸気生成器３０２へ運ばれる。

貯蔵タンク３０８は、熱伝達流体回路の残りの部分のように、ギア式送りポンプ３０３によって約５ｂａｒの圧力に維持される。

膜式アキュムレータ３０９は、温度変化の間、貯蔵タンク及び回路のセット内に含まれる流体の膨張や収縮を相殺するように膨張タンクとして機能する。

交流電源は、分配ネットワーク３１５及び浸漬ヒータ３１０に給電し、貯蔵タンク３０８が加熱されることを可能にする。 ユーザー電力ネットワーク３１５と浸漬ヒータ３１０との間の電力の分配は、分配器３１４によって行われる。

前述の方法は、継続的な日照や曇天状態を伴う日中の局面及び夜間の局面でのユニットの動作を可能にする。

図１１は、継続的な日照を伴う日中の局面の間の制御動作での回路及び開放弁のイメージを与えている。

この方法は、以下の方式で実施される。

太陽集光器が太陽光線を集中させるとすぐ、軸線は、モータとして動作し電池３１１によって給電されながら、制御モジュール３１２を介して、交流電源３０６によって始動される。 電池は、光起電性パネル３１３によって充電を続けられる。

熱伝達流体回路は、貯蔵器及び蒸気生成器に並行して供給するように設けられおり、弁３１６、３１７、３１８は、開放されており、弁３１９、３２２は、閉鎖されている。 制御弁３２１は、貯蔵器における流体と蒸気生成器主要システム内の流体との間の流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）の良好な分配を保証する。 これらの２つの流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）は、熱伝達流体送りポンプ３０３の吸引部で交わる。

好ましい実施の形態によれば、熱伝達流体は、タービン３０５の軸線に連結されたギア式容積測定送りポンプ（ａ ｇｅａｒ ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ｆｌｏｗ ｐｕｍｐ）３０３によって、太陽集光器３０１とタンク３０８との間を流れる。 それは、膜式アキュムレータ３０９を用いて、タンク３０８を、熱伝達流体の温度に対応する飽和圧力より高い圧力で維持する。

蒸気生成器が動作しておりタービンが駆動を開始する時、交流電源は、生産モードに切り替わる。 交流電源及び太陽集光器の公称電力が、ネットワークに供給されるべき電力及び日照時間中蓄積されるべき電力に対応する太陽束を吸収するように選択される。

交流電源により生産されるエネルギーがネットワーク並びにポンプ３０３及び３０４に供給されるエネルギーより大きく、貯蔵器の温度が凝縮器の出力温度と等しくなるとすぐ、弁３１６及び３２１は閉鎖され、余剰の電力は、浸漬ヒータ３１０のジュール効果によって分配される。 それは、このように熱エネルギーの形態で蓄えられ、貯蔵部３０８の温度は、凝縮器３０１の流出温度を超えるように上昇する。 熱伝達流体回路は、「大きなループ」モードで動作する。 この動作モードは、図１２により示されている。

熱伝達流体を含むタンク３０８は、このように、その温度が凝縮器３０１からの流出部における熱伝達流体の温度に等しく、貯蔵タンク３０８の温度が凝縮器３０１からの流出部における熱伝達流体の温度（３００℃）よりも非常に高い温度（４５０℃）に達するように構成されている時、まず凝縮器３０１を起源とする高温の伝達流体のフラックスによって、その後、交流電源３０６によって供給される浸漬ヒータ要素によって、熱エネルギーを再蓄積される。

図１３は、曇天状態を伴う日中の局面での制御動作における、回路及び開放弁のイメージを与えている。 この方法は、以下の方式で実施される。 すなわち、太陽を隠している一時的な雲の移動が凝縮器内の熱伝達流体の加熱を低下させる。 蒸気生成器への流入部における温度３２３は、弁３２２を開放し、曇天期間に貯蔵部３０８から来る熱伝達流体を注入する弁３１９を制御モードに切り替えることによって、一定に維持される。 曇天期間が長く続き過ぎる場合、回路は夜間モードに切り替わる。

図１４は、夜間の局面での制御動作における回路及び弁のイメージを与えている。 この方法は、以下の方式で実施される。 すなわち、ソーラーエネルギーがもはや利用不可能となるとすぐ、弁３１７、３１８、３２１は閉鎖され、弁３２０及び３２２は、開放され、蒸気生成器３０２の流入部における熱伝達流体３２３の温度は、貯蔵タンク３０８から来る高温の伝達流体を蒸気生成器３０２の主要回路に注入する制御弁３１９によって、一定に維持される。 熱伝達流体回路は、「小さなループ」モードで動作する。

日没後、例えば、図１５に示されている特定の実施の形態においては、熱伝達流体の流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）のごく一部が小さなループから隔壁３２４の末端部に分岐されることを可能にする２つの弁３２５及び３２６を設けることによって、パン焼き窯３２７及び調理プレート３２８を加熱することが可能である。 分岐回路が、パン焼き窯３２７及び調理プレート３２８に供給するように、送りポンプ３０３とタンク３０８との間に接続されている。

流出ストリップが、交流電源３０６に連結されており、電力分配ネットワーク３１５に供給するように設計されている。 分配器３１５は、流出ストリップと交流電源との間に設けられており、浸漬ヒータは、分配器によって交流電源に接続されている。 分配器は、電力の大部分を交流電源から浸漬ヒータに向けるように構成されている。

ユーザーネットワーク３１５が日照時間中に、例えば故障隔離で、吸収された電力がゼロになって遮断する時、交流電源の充電もまたゼロに落ち込み、タービンは即時に放電される。

装置によって供給される電力が分配器３１４によって浸漬ヒータに向けられるため、負荷輸送（ｌｏａｄ ｔｒａｎｓｉｔ）が回避される。

貯蔵容量に達した場合（貯蔵器の温度が４５０℃の場合）、太陽集光器は、太陽集光器を構成する鏡の回転によって焦点がぼかされる。 この遮断が日光の欠如の際に行われる場合、交流電源の電力は、まず浸漬ヒータ３１０に切り替えられ、その後ゆっくりと低下される。

好ましくは、浸漬ヒータ３１０は、交流電源の電力の全てを分配するように構成されている。 タービン３０５は、ホットショットダウン（ｈｏｔ ｓｈｏｔ−ｄｏｗｎ）の回路を維持するようにポンプ３０３及び３０４を駆動するだけである。

交流電源の動作形態は、このように、熱過渡なしに、また、蒸気生成器３０２の安全弁を開放することなく、ユーザーネットワーク３１５の負荷低下の間、その公称点に維持される。

この状況において、流れ（ｆｌｏｗｒａｔｅ）は隔壁３２４内及び貯蔵対象の消費を最小に抑えるように最小電力で回転しているタービン内で公称通りある。

ネットワーク遮断過渡電流を扱うこの方法は、熱力学流体を失わないことを可能にする。 そして、それは、蒸気タービンを用いた通常のランキンサイクルにおける弁の開放中に起こる。 この特殊性は、また、熱−電気貯蔵器によるユーザーネットワークの遮断中に、ソーラーエネルギーを失わないことを可能にし、複雑化された制御及びモニタリグを回避し、ネットワーク要求が回復されるとすぐに自動的に再開させ得る。

ユニットの補助装置は、モータを有していない。 このことは、全体的な効率を上げ、砂漠環境における信頼性を高める結果となる。 永久磁石を有する交流電源が可逆的であるということが、ポンプが装置の起動を続けることを可能にする。 このことは、起動モータを有しなければならないことを回避する。

熱伝達流体の流れを作るためのギアポンプの使用は、他の特定のポンプを使用することなく貯蔵タンクが加圧されることを可能にする。 熱−電気貯蔵器の使用は、ソーラーパワーステーション特有の次の問題に対処することを可能にする。 すなわち、曇天期間が生じた時に太陽の再出現が続く太陽の消失、夜間の太陽の消失、液体及び集められたエネルギーの無駄を回避するユーザー電力システムの妨害遮断である。

さらに、貯蔵及び送りポンプの分岐は、日没後、調理プレート及びパン焼き窯を加熱し得る。 このことは、食べ物を調理するために燃える家庭用の火を維持するために人々が植物を集中的に伐採するサヘール地域やハイチのような島で行われる森林破壊を回避することを可能にする。

このタイプの貯蔵器、及びそれを伴うエネルギー生成ユニット、は、住民の生命に関わる需要の為に熱エネルギー及び電気的エネルギーを昼夜必要とする孤立した場所での電力生成に対する良い回答である。