Brevet FR2311195A1 — publié le 19761210

L'invention concerne un appareil pour transformer l'énergie des vagues et les différences de densité par rapport à l'eau en une forme d'énergie utilisable. I1 existe différents dispositifs antérieurs utilisant des différences dans le niveau de l'eau, décrits par exemple dans les Brevets des Etats-Unis d'Amérique 5 664 125, 5 668 412, 5 567 955 et 5 746 875. Ces Brevets visent l'utilisation des différences dans les niveaux de la marée, séparés par des heures les dispositifs décrits ne sont pas similaires au dispositif de la présente invention et ne sont pas sensibles à des vagues rapides et turbulentes. Le Brevet des Etats-Unis d'Amérique 3 758 788 décrit un dispositif mieux adapté à des variations rapides des niveaux de la surface de liteau, du fait de l'action de vagues consécutives.Les Brevets précités décrivent des dispositifs qui ne sont pas adaptés à résister aux effets destructeurs de vagues individuelles et à leur turbulence, mais sont conçus pour réagir à d'importants changements dans les niveaux de 1 'eau dus à la marée. Cependant, quel que soit le système, dispositif réagissant aux marées et dispositif réagissant à l'action de vagues individuelles, le problème existe en ce qui concerne la résistance aux eaux turbulentes, de même qu'existe un problème en ce qui concerne le coincement en haut d'une course alternative de l'arbre selon son axe longitudinal, pour des raisons antérieurement inconnues et également du fait des forces de torsion agissant sur l'arbre sur lequel est monté le flotteur.Dans le cas de dispositifs réagissant aux marées, que l'on envisage de disposer dans l'océan ou en haute mer, on doit tenir compte de la violence des tempêtes ; de la même manière, on doit tenir compte des actions continuelles et variables des vagues, avec ou sans tempête, dans le cas des appareils réagissant à l'action de vagues individuelles. C'est cette puissance destructrice de l'océan et des tempêtes en pleine mer, ainsi que le coincement du flotteur en haut de sa course, qui ont soulevé les problèmes les plus importants, en particulier la destruction fréquente des plates-formes de forage,, et ces problèmes ont empêché les dispositifs antérieurs d'avoir une valeur commerciale quelconque. En outre, avec les dispositifs antérieurs, on envisageait principalement de transformer le déplacement en puissance seulement lors du déplacement vers le bas du flotteur, le flotteur n'étant sensible qu'à la surface réelle de l'eau. L'invention vise à fournir un appareil utilisant entre autres les effets d'inertie et ceux résultant de la force du flotteur, pour éliminer les problèmes associés à la nature destructrice des vagues et de la tempête ; l'invention envisage également le déplacement de masses d'eau plus importantes par des flotteurs et des structures très lourdes, d'accroître les courses et de transformer l'énergie à la fois pour la course d'aller et pour la course de retour, et de maintenir une puissance et un nombre de tours constant sur le ou les arbres d'entraînement ainsi commandés. De façon générale, l'appareil selon l'invention comporte un levier ou arbre allongé sur lequel est monté un flotteur, et une structure support disposée de telle sorte que l'action des vagues surie flotteur transmette des forces de travail au levier par l'intermédiaire de celui-ci par le déplacement alternatif du flotteur sur le levier, une caractéristique importante résultant des travaux expérimentaux du Demandeur montrant qu'il est nécessaire que la masse totale du levier et du flotteur et de toute autre structure associée de façon fixe au flotteur ou au levier, ait une valeur suffisamment grande pour que le poids de la masse totale soit supérieur à la résistance totale d'une charge déterminée afin d'effectuer ainsi une course de travail vers le bas, avec pour résultat le fait que le levier ne reste jamais coincé en haut de sa course, l'action répétée des vagues et des courants étant notamment moins importante du fait de la plus grande stabilité résultant de la plus grande inertie lors des courses respectives ; on a constaté qu'il était souhaitable dans de nombreux cas d'ajouter ou d'enlever une partie de la masse totale ; en conséquence, pour permettre un réglage en fonction des conditions locales, il est souhaitable qu'il y ait une masse additionnelle montée de façon séparée, si possible de nature amovible. En outre, l'invention propose un appareil à levier dans lequel l'action des vagues soit de longue durée, comprenant un flotteur ayant au moins un fond ou partie inférieure hémisphérique, par exemple une moitié inférieure hémisphérique, et étant de préférence totalement sphérique, avec de préférence une structure additionnelle de grande masse associée au flotteur.Bien que la masse puisseFdisposée, être; posée, soit en dessous, soit au-dessus du flotteur, soit être une partie du flotteur lui-même, on préfère monter la structure de masse additionnelle au-dessus du flotteur et on préfère également notamment que cette structure de masse soit ronde ou sphérique, le flotteur et la structure de masse étant de préférence rigidement montés sur une crémaillère verticale commune coulissant à l'intérieur d'une structure support fixe, cette crémaillère coopérant avec un pignon, les dents du pignon engrenant avec la crémaillère ou rochet.On prévoit des variantes dans lesquelles la course vers le haut de la crémaillère communique un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre à un arbre de commande fonctionnellement raccordé directement ou indirectement à la crémaillère et dans lequel la course vers le bas de la crémaillère communique également à l'arbre de commande un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre.Par exemple, dans une réalisation dans laquelle la crémaillère n'a des dents que sur une seule de ses races rectilignes, il doit y avoir un mécanisme communiquant un mouvement inverse, par exemple un accouplement glissant approprié associé à un pignon ou à une roue supplémentaire pour que le mécanisme de la course vers le bas transforme un mouvement en sens inverse des aiguilles d'une montre en un mouvement dans le sens des aiguilles d'une montre ; pour chaque mécanisme de pignon pour la course vers le haut et pour la course vers le bas, il doit y avoir une disposition d'embrayage glissant à pignons, de telle sorte que le pignon entraîne l'arbre dans un sens mais glisse simplement sur l'arbre dans le sens inverse.Dans une variante dans laquelle la crémaillère a des dents sur chacune de ses faces opposées, un pignon engrenant avec une face et un pignon séparé engrenant avec la face opposée de la crémaillère, on doit noter que, par exemple si le premier pignon tourne dans le sens des aiguilles d'une montre > l'autre pignon opérant sur la face opposée, tournera également dans le sens des aiguilles d'une montre, pour chaque course d'entraînement respectivement, le mouvement de la crémaillère vers le haut servant par exemple à entraîner le premier pignon tandis que la course d'entraînement vers le bas correspond à la course d'entraînement du deuxième pignon sur la face opposée de la crémaillère. Dans une réalisation préférée de l'invention, un seul pignon ayant un embrayage glissant entrarnalt ,mécanlsme son axe coopère avec l'arbre de commande, tandis qu ~/mecanlsa pignon intermédiaire communiquant un mouvement inverse, coopère avec les dents du premier pignon et qu'un deuxième pignon à embrayage glissant est monté sur l'arbre de commande pour l'entraîner dans le même sens que le premier pignon et que le deuxième pignon entraîné par le pignon intermédiaire communiquant un mouvement inverse, de sorte que, pour chacune des courses vers le haut ou vers le bas de la crémaillère, l'arbre de commande est entraîné par le premier pignon Une caractéristique importante de la présente invention est la nature sphérique du flotteur qui, si elle n'existait pas, rendrait l'appareil inutilisable en raison des forces de destruction des eaux turbulentes ; une autre caractéristique est l'allongement de chacune des courses vers le haut et vers le bas par l'utilisation d'une structure de grande masse (poids important par l'action de la pesanteur) qui donne au dispositif un moment d'inertie plus grand et fait s'enfoncer plus profondément la crémaillère dans l'eau en emmenant avec elle le flotteur sphérique et éventuellement la structure de masse sphérique ; la densité de l'eau déplacée compense le grand poids decca structure de la masse, tandis qu'en même temps, le flotteur sphérique rempli de mousse ainsi immergé inverse le sens de déplacement de la crémaillère en un mouvement vers le haut et, l'effet de la structure de masse étant réduit, la crémaillère remonte vers le haut alors que l'action normale des vagues stest également inversée pour faire remonter le flotteur vers le haut ; les courses alternatives vers le bas et vers le haut sont déclenchées par l'action des vagues elles-mêmes et en conséquence, le dispositif fonctionne de façon optimale dans une mer houleuse constituée par des vagues continues arrivant l'une après l'autre ; par ailleurs, le couple des courants de remous et de l'eau en déplacement qui autrement coincerait la crémaillère aux limites supérieure et/ou inférieure des courses respectives, est pratiquement éliminé du fait de la grande masse totale prédéterminée utilisée, calculée par avance pour le levier et le flotteur particuliers et pour une plage particulière d'utilisation et de condition de vagues, l'utilisation de cette grande masse entraînant un fonctionnement régulier et continu, durable et stable.Bien que l'on envisage d'utiliser l'appareil selon l'invention, là où il y a une activité de vagues maximale ou importante, on envisage également son utilisation sur un front de littoral ou tout autre fond marin qui peut être aménagé artificiellement pour être équivalent à un fond peu profond et roulant en dessous d'une surface de mer pour impartir ainsi une action de vagues artificielle à un courant marin normal qui serait par ailleurs dépourvu de vagues, de sorte qu'on peut capter l'énergie du courant de l'eau de mer et la transformer en énergie utilisable. Dans une autre réalisation préférée de l'invention, l'utilisation d'un volant sur l'arbre de commande permet de niveler la puissance et le nombre de tours de l'arbre malgré les courses saccadées de la crémaillère se déplaçant en réponse à l'action des vagues. Une utilisation principale de la présente invention est l'entraînement d'un générateur électrique par l'arbre de commande de l'appareil, le générateur pouvant être monté sur le site, une autre utilisation étant de transformer le mouvement de rotation en d'autres formes d'énergie pouvant être utilisées pour l'entraîne- ment d'une dynamo ou d'un générateur. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue latérale partielle, en perspective et partiellement explosée d'une réalisation préférée d'un appareil selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle latérale d'un dispositif préféré de pignons et crémaillère avec une surface dentée sur chacune des faces opposées de la crémaillère, pour entralner des pignons à embrayage glissant dans le même sens, les pignons glissant sur l'arbre dans le sens de non-entraenement, ce qui permet d'obtenir un entraînement par un pignon lors de la course vers le haut et l'entraînement par l'autre pignon lors de la course vers le bas ;; - la figure 5 représente une variante de réalisation d'une crémaillère à dents d'un seul côté avec une disposition différente des pignons à embrayage glissant, pour obtenir un mouvement d t un arbre de commande dans le même sens de rotation ; - la figure 4 représente, en vue latérale schématique, une disposition des pignons entraînés séparément de la figure 2 ou de la figure 5 avec une courroie ou une chaîne pour 11 entraînement d'un générateur ; - la figure 5 est une vue analogue avec une disposition différente ; et - les figures 6 à 8 sont des vues en perspective de variantes. La figure 1 représente une réalisation préférée de l'appareil 6 de la présente invention ; cet appareil comporte des montants supports 7 ancrés dans le fond de la mer 8. Des supports de crémaillères 9a et 9b sont à leur tour portés par des supports 10a et lOb s'étendant radialement vers l'intérieur, la crémaillère 13 pouvant coulisser dans les supports 9a et 9b en s'y déplaçant alternativement vers le haut et vers le bas sous l'action des vagues sur un flotteur 23.Les supports 10a partent de la plateforme 11 par exemple à l'intérieur d'une enceinte érigée sur la plate-forme 11 et représentée seulement en traits mixtes ; la crémaillère 13 passe à travers un trou 12 et avec les dents de crémaillère 14 engrènent les dents du pignon 15 pour entralner l'arbre 16 des générateurs 17a et 17b représentés schématiquement sous forme de boîtes, les moyens auxiliaires usuels de structure et de câblage n'étant pas représentés, le flotteur sphérique 23 est fixé à une hauteur prédéterminée mais réglable grâce à des anneaux coulissants, respectivement 18 et 20, fixés de façon amovible par des boulons de fixation 19 et 21 respectivement ; une masse d'inertie sphérique 22 est montée au-dessus du flotteur et est de préférence fixée de façon amovible sur la crémaillère 13 de la même manière que le flotteur 23, cette masse d'inertie 22 étant fixée normalement au-dessus du niveau de l'eau 29 dans l'espace libre 30 au-dessus de l'eau 28 dans laquelle le flotteur 23 est représenté à l'état immergé, bien que normalement il soit au moins partiellement au-dessus de la surface 29. La crémaillère 13 s'étend à travers le tube 27 du flotteur 23, ce tube étant supporté par des supports 24 s'étendant à travers une mousse de matière plastique 26, de préférence à cellules fermées (et de ce fait, non submersible). La figure 2 représente le type de mécanisme normalement utilisé avec une crémaillère 13a ayant des dents 14a et 14b sur ses faces verticales opposées, les premières entraînant le pignon à embrayage glissant 15a par coopération avec les dents 15aa de ce pignon pour lui donner un mouvement de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre tandis que les dents 14b coopèrent avec les dents 15bob du pignon 15b pour donner un mouvement de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre à son arbre ; le pignon 15a entraîne son arbre correspondant lors de la course vers le haut, tandis que lors de la course vers le bas l'embrayage glisse et n'entraîne pas l'arbre. Sur la figure 3, la crémaillère 13b n'a des dents'que d'un seul côté ; elle n'entraîne le pignon 15~} " dans le sens des aiguilles d'une montre lors d'une course vers le haut, l'embrayage glissant de ce pignon glissant sur l'arbre la course vers le bas.Au contraire, lors de la course vers le bas, la crémaillère 13b entraîne en sens inverse des aiguilles d'une montre le pignon 15b"', ce pignon 15b"' engrenant avec les dents 15cc du pignon 15c', le pignon 15c' tourne alors dans le sens des aiguilles d'une montre ; il en résulte que l'arbre du pignon 15a"' tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ors de la course vers le haut haut de la crémaillère, tandis que cites pignon 15c' qui tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lors de la course vers le bas. Les mécanismes des réalisations des figures 2 et 5 ne sont que des exemples de dispositions pour obtenir un entralnement lors de chacune des courses vers le haut ou vers le bas. Les figures 4 et 5 montrent différents emplacements de la roue entraînée du générateur 17x et 17y respectivement par rapport aux pignons d'entraînement 15a', 15b' et aux pignons d'entraînement 15a"-15b" respectivement. Ces réalisations des figures 4 et 5 se réfèrent toutes deux à des entraînements dans lesquels les pignons d'entraînement tournent dans le sens des aiguilles d'une montre de la réalisation selon la figure 2. Dans le cas de la figure ), les pignons 15a"' et 15c' correspondraient respectivement aux pignons 15a' et 15b' de la figure 4 et aux pignons 15a" et 15b" respectivement de la figure 5.En conséquence, par exemple, le pignon 15a' de la figure 4 serait monté sur une extrémité opposée d'un arbre partant du pignon 15a et entraîné par cet arbre, et de même le pignon 15b' de la figure 4 se trouverait sur une extrémité opposée d'un deuxième arbre partant du pignon 15b et entraîné par ce deuxième arbre. Ainsi, comme le représentent schématiquement les figures 4 et 5, il n'est pas nécessaire qu'il y ait des liaisons par chaînes ou par courroies entre les pignons d'entraînement séparés tels qu'entre 15a' et 15b', car c'est un problème ordinaire de mécanique d'utiliser des pignons pour transférer le mouvement aux roues des générateurs 17x et l7. On peut utiliser, si on le désire, tout autre moyen classique pour transformer le mouvement de rotation du pignon d'entraînement en une force d'entraînement pour le générateur. Les figures 6 à 8 représentent des variantes de réalisations ; ces figures représentent en particulier différentes réalisations de la masse totale constituée par la masse combinée du levier lui-même, qui peut être massif et en matériau lourd, et de la masse du flotteur et d'une masse additionnelle ; dans ces figures le flotteur peut constituer une partie de la masse tout en étant conçu pour flotter en tant que flotteur. En particulier dans la réalisation selon la figure 6, un flotteur 33 est monté sur le levier 32 et sur le levier 32', lesquels leviers ssnt montés à coulissement dans les structures supports 44 et 44' portées respectivement par des entretoises 45 et 45'.On voit également le pignon 35 engrenant avec les dents de crémaillère 32" du levier massif 32 dont on voit en coupe, en 3-, qu'il est plein ce qui contribue à la masse totale. Le flotteur 3g représenté sur la figure 6 est montré en coupe pour illustrer l'espace vide interne 34 défini par la paroi 32aa dont l'épaisseur est suffisamment importante pour ajouter à la masse totale ; on voit également que la base 33a est une masse pleine lestant le flotteur tout entier 3) et augmentant ainsi sa masse. Dans la réalisation selon la figure 7, le levier 36 est représenté comme étant excessivement important, sous forme d'un arbre massif 56a de grand diamètre, en même temps qu'une structure de masse additionnelle 37 est montée sur le levier séparément du flotteur 38 et au-dessus de celui-ci, le flotteur 38 ayant une paroi 38a très épaisse et massive délimitant un espace intérieur vide 39 comme montré sur l'arrachement. La masse 37, comme montré en coupe, est à intérieur 37a plein, et ce flotteur est suspendu en dessous du levier supérieur. Dans la réalisation selon la figure 8, la structure de masse 43 ayant un intérieur plein 43a est montée sur l'extrémité inférieure du levier 40 en un endroit situé en dessous du flotteur 42 ayant un volume vide 46 et des parois minces 47 ; on doit noter que dans cette réalisation, le levier 40 est relativement petit et ne contribue pts sensiblement à la masse globale. On voit également sur le levier 40 des dents de crémaillère 40' engrenant avec les dents du pignon 41. Le fonctionnement de l'appareil résulte immédiatement de la description qui précède étant entendu que le flotteur 23 chevauche les vagues et que, plus les vagues sont turbulentes, plus grand est l'effet que la masse d'inertie 22 aura en entraînant profondément le flotteur 25 lors de sa course vers le bas dans l'eau 28, et que, plus profondément est entraîné le flotteur 23, plus grandes sont l'inertie et la longueur de la course vers le haut, tandis que la masse totale plus importante empêche le blocage du levier. REVENDI CATI ONS 1. Appareil de transformation de l'énergie des vagues, caractérisé en ce qu'il comporte un levier constitué par un élément allongé et propre à transmettre un couple, un flotteur pour procurer la flottabilité et un couple d'entraînement à ce levier en réponse à des variations de hauteur du niveau de l'eau, ce flotteur étant monté sur cet élément allongé, et une structure support pour ce levier et ce flotteur, la masse totale du levier, du flotteur et de toute autre structure montée sur le levier ayant une valeur prédéterminée suffisamment importante pour que des déclenchements de mouvements vers le haut et vers le bas ne soient pas gênés de façon notable lors des déplacements vers le haut et vers le bas du flotteur et du levier. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flotteur comprend un élément de flotteur proprement dit et un élément massique additionnel. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément massique additionnel est un élément séparé de l'élément de flotteur et est monté séparément. 4. Appareil selon la revendication ), caractérisé en ce qu'au moins une partie inférieure de l'élément de flotteur a une forme pratiquement hémisphérique. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément massique additionnel est monté sur l'élément allongé. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément allongé est monté de façon à pouvoir se déplacer d'un mouvement alternatif selon son axe longtudinal. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flotteur comporte un élément de flotteur proprement dit dont la partie inférieure a une forme pratiquement hémisphérique. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que 11 élément allongé est monté pour se déplacer d'un mouvement alternatif selon son axe longitudinal. 9. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément massique additionnel est un élément séparé de l'élé- ment de flotteur proprement dit. 10. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément de flotteur est pratiquement sphérique.