Brevet FR2452610A1 — publié le 19801024

la présente invention concerne un appareil de production d'énergie de rotation, et plus particulièrement un appareil original, dans lequel un liquide sous pression est forcé à partir d'une buse pour donner de l'énergie de rotation, après quoi il circule. Les appareils conventionnels pour fournir une énergiede rotation comprennent ceux qui utilisent l'énergie hydraulyque, les moteurs à vapeur, les moteurs à turbine à vapeur ou les moteurs à turbine à gaz qui utilisent un gaz sous pression tel que la vapeur ou un gaz de combustion, et ceux qui utilisent un moteur à combustion interne.Un appareil pour fournir de l'énergie de rotation avec l'énergie hydraulique, tel qu'un barrage hydroélectrique représenté sur la figure 1, doit être placé dans des conditions topographiques favorables qui supposent une grande différence Hll - Hi2 (hauteur brute) entre le niveau d'apport 1111 d'eau puisée dans une rivière ou un lac R1, et le niveau d'eau H12 å la sortie, ou une grande différence H1 - H12 (hauteur statique) entre le niveau d'eau d'un réservoir de stockage à l'endroit réel de puisage de l'eau, et le niveau d'eau Hi2 à la sortie, de façon à utiliser la différence H1 - H2 (hauteur totale) entre le niveau d'eau H1 et le niveau d'eau H2 à la buse servant à entraîner une roue de turbine PW avec les pertes minimales. L'appareil est équipé effectivement avec un réservoir de stockage T, un bassin de stabilisation L, un canal de décharge Wl1, des conduites sous pression W, un canal de décharge d'eau W12 et la suite, qui sont disposés entre la rivière ou le lac R1 d'alimentation en eau et la rivière R2 où l'eau est évacuée. Un tel équipement entraine une perte de charge H3 (résultant de la courbure des tubes de pression et du frottement qui s'y produit) qui n'est pas utilisable pour la fourniture d'énergie, de sorte que la hauteur effective Ho est egale à H1 - H2 - H3.La puissance donnée par la hauteur effective Ho et le débit-volume Q de l'eau utilisée entrassent la roue de turbine PW qui fait tourner un générateur non représenté G pour produire la puissance électrique P. La puissance P est proportionnelle au produit de la hauteur effective Ho et du débit-volume Q multiplié par le rendement de la roue PW,-Xpw, et par le rendement du générateur Qg. Ainsi, la puissance P fournie est donnée par l'équation (1) ci-dessous. P = 9,8QH0pw (1) dans laquelle P = puissance électrique (kW), Q = débit-volume (m3/s), HO = hauteur effective (m), tpw = rendement de la roue de turbine, et = = rendement du générateur. Un tel appareil de fourniture d'énergie de rotation à partir de l'énergie hydraulique supporte des variations saisonnières notables dans le débit de l'eau disponible, ce qui doit être compensé par un barrage ou équipement analogue à grande échelle en plus des installations variées décrites ci-dessus. En outre, l'appareil utilisant un moteur à gaz sous pression ou à combustion interne pour fournir énergie de rotation nécessite en général du fuel ou un combustible atomique qui rejette des gaz de combustion toxiques et pollue l'air, ou qui est propre à fournir des substances radioactives ou des radiations et à polluer l'air ou l'eau. Par peur de la pollution possible de l'environnement, les habitants peuvent agir contre l'installation de l'appareil. Ainsi, les appareils connus ont donc de nombreux inconvénients. Un but de l'invention est de fournir un appareil qui soit capable de fournir de l'énergie de rotation avec des pertes d'énergie réduites, et qui puisse être installé en un point quelconque sans nécessiter d'équipement à grande échelle tel qu'un barrage conventionnel. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil de fourniture d'énergie de rotation, qui fonctionne en sécurité sans provoquer de pollution de l'environnement. Un autre but de l'invention est de réaliser un appareil fournissant une énergie de rotation, qui puisse être installé dans un espace limité en utilisant des réservoirs souterrains ou un espace au-dessus du sol. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil de production d'énergie de rotation, qui puisse être construit à n'importe quelle échelle, petite ou grandie, à un prix plus faible que les appareils conventionnels utilisant la puissance hydraulique ou la puissance thermique. Un autre but de l'invention est de fournir un appareil de production d'énergie de rotation dans lequel un liquide remplissant un réservoir est amené à circuler dans l'appareil, de façon que le liquide ne soit pas consommé, sauf par évaporation. Un autre objet de l'invention est de fournir un appareil de production d'énergie de rotation comprenant une buse de décharge de liquide en combinaison avec une buse de décharge d'air pour produire un jet de liquide et d'air en mélange. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une coupe schématique montrant un appareil conventionnel de production d'énergie de rotation (usine de production d'énergie hydro-électrique); - la figure 2 représente une coupe schématique montrant un appareil selon l'invention pour la production d'énergie de rotation; - la figure 3 représente une vue partielle en coupe d'un piston représenté sur la figure 2, quand il commence à monter; - la figure 4 représente une coupe partielle du piston de la figure 2, quand il commence son mouvement de descente; - la figure 5 représente une coupe prise le long de la ligne A-A de la figure 2;; - la figure 6 représente une coupe partielle montrant la tige support centrale sur la figure 3; - la figure 7 représente une coupe partielle montrant la tige support centrale sur la figure 4; - la figure 8 représente une coupe partielle prise le long de la ligne B-B de la figure 2; - la figure 9 représente une coupe montrant la garniture annulaire sur la figure 2; - la figure 10 représente une coupe schématique montrant une autre réalisation de l'invention; - la figure 11 représente une vue en plan montrant l'élément tournant (roue de turbine) sur la figure 10; et - la figure 12 représente une coupe prise le long de la ligne C-C sur la figure 10. Sur les figures 2 et 12, une paire de réservoirs 1A, 1B ont la même forme cylindrique (identiques en hauteur et en diamètre) et entourent une paire de piston 2A3 2B qui glissent alternativement vers le haut et vers le bas, en opposition entre une position limite supérieure L1 et une position limite inférieure 12 Ces positions sont réglables de façon approprié Les pistons 2hss 2B sont reliés en équilîbre par un moyen de couplage 3, de sorte que, si l'un des pistons 2A, 2B descend ou monte, l'autre piston monte ou descend. Les réservoirs 1A, 1B comportent des chambres fermées 4A, 4B réalises sous les pistons 2A, 2B et remplies d'un liquide tel que de l'eau, de l'eau de mer ou analogues. Les réservoirs lA, 1B comportent, d'autre part, des réservoirs 5A, 5B placés dans une portion supérieure des pistons 2A et 2B, pour stocker le liquide. Les chambres 4A, 4b sont en communication avec des tubulures de pression 7A, 7B qui sont réunies ensemble et munies d'une buse 6 d une extrémité de la jonction. Le liquide sous pression, quand il est chassé de la buse 6, entratne un moyen tournant (roue de turbine) 9 pour engendrer de l'énergie de rotation. Après avoir entratné la roue 9, le liquide détendu retourne aux réservoirs 5A, 5B au travers de canaux d'alimentation en liquide (tubulures d'alimentation) l0A, lOB. Le repère 13 concerne un bassin pour recevoir le liquide détendu. Les pistons 2A, 2B sont munis de garnitures annulaires 1LA llB pour retenir le liquide dans les chambres 4A; 4B quand il est arrêté par les parois 21A, 21B des pistons 2A, 2B, quand le liquide est soumis à la pression par la pesanteur agissant sur le liquide dans les réservoirs 5A, 5B, sur les réservoirs eux-mêmes et sur les poids 50A, 50B. La buse 6, la roue 9 et les tubulures d'alimentation 10A, lOB sont placées au-dessus des extrémités supérieures des réservoirs SA, 5B pour permettre le retour du liquide. Le moyen de couplage 3 comprend un fil 31a pour les pistons 2A, 2B, un fil 31b pour les poids 50A, 50B, des poulies fixes 34a, 35a placés sur les pistons et tournant sur des axes 32A, 32B, 33A, 33B fixés à la terre, des poulies fixes 34b, 35b pour les poids 50A, 50B, des poulies 37a placées sur les pistons 2A, 2B et tournant sur des axes 36a se déplaçant alternativement vers le haut et vers le bas sur les axes centraux des réservoirs 1A, 1B, et des poulies 37b placées sur les poids 50A 50B et tournant sur des axes 36b qui sont mobiles de la même façon.Les fils 38A, 38B sont fixés chacun à une extrémité aux axes 36a pour les poulies 37a et elles sont également fixées à chaque autre extrémité aux parois 21A, 21B sur :.es pistons 2A, 2B. Les fils 39A, 39B sont fixés, chacun a une extrémité, aux axes 36b et ils sont également fixés chacun à l'autre extrémité aux poids 50A, SOB pour suspendre les poids qui servent à s'ajouter au poids des réservoirs 5A, 5B des pistons 2A, ZB. Un nombre approprié de poids, tels que ceux qui sont indiqués en 50A, 50B, peuvent être montés sur les parois 21A, 21B des pistons 2A, 2B.De préférence, les poids peuvent avoir la forme, par exemple, d'un cône ou d'un fuseau, de façon à offrir moins de résistance à l'eau qui monte et ils peuvent être montés avec une bonne stabilité sur les parois 21A, 21B. Le centre de gravite. du poids 50A (50B) et le piston 2A (2B) sont alignés avec l'axe du réservoir cylindrique 1A (1B). La hauteur des parois périphériques 51A, 51B formant les réservoirs 5A, 5B des pistons 2A, 2B, qui peut être déterminée comme on le désire, est telle que la surface de base GL est de niveau avec les extrémités supérieures 53A, 53B des chambres 5A, 5B des réservoirs 1A, lB quand les pistons 2A, 2B sont dans la position inférieure L2.Pour mettre l'intérieur des réservoirs 1A, 1B en communication avec l'atmosphère, les portions supérieures des parois périphériques SIA, 51B ou les plaques supérieures 52A, 52B sont munies d'un grand nombre de petites ouvertures 54A, 54B, ou bien les parois 51A, 51B peuvent être constituées d'un filet métallique solide. Pour utiliser efficacement un emplacement de surface limitée, les réservoirs 1A, 1B peuvent être installés de façon à être placés en grande partie en sous-sol ou, autrement, ils peuvent être placés sur le sol.Les réservoirs 1A, 1B peuvent être incorporés dans la terre avec les extrémités supérieures 53A, 53B de niveau avec la surface du sol GL et également avec les pourtours des réservoirs 1A, 1B fixés rigidement en place, comme par exemple à l'aide d'un béton renforcé. Le poids 50A sur le piston 2A doit avoir la même forme et la même masse que le poids 50B sur le piston 2B de façon à être en équilibre avec le poids 50B, l'énergie nécessaire pour soulever les poids par le moyen de couplage 3 peut autre rendue minimale avec des pertes réduites d'énergie.Les valves d'arrêt 12A, 12B sont ouvertes quand la pression du liquide dans les chambres 4A, 4B est suffisante pour faire passer le liquide sous pression des chambres 4A, 4B au travers des tubulures 7A, 7B vers la buse 6 alors que les soupapes sont fermées quand la pression du liquide dans les chambres 4A, 4B est faible, ce qui empêche l'alimentation du liquide à partir des chambres 4A, 4B vers la buse 6, au travers des tubulures 7A, 7B. Le rapport de capacité entre les chambres fermées 4A, 4B et les réservoirs 5A, 5B varie avec le débit ou la pression du liquide quand il est chassé de la buse 6. De préférence, la capacité des réservoirs 4A, 4B représente 80% de la capacité totale des chambres 4A, 4B et des réservoirs 5A, 5B, et celui des chambres 4A, 4B représente 20% de la capacité totale.Puisque la pression à laquelle le liquide est soumis dans les chambres 4A, 4B en utilisant énergie potentielle du liquide dans les réservoirs 5A, 5B augmente avec la longueur 11 des réservoirs 5A, 5B entre le niveau du liquide à l'intérieur et les parois 21A, 21B; il est préférable que la longueur 11 représente 80 à 90% de la longueur totale des réservoirs. Suivant la figure 2, quand 1lun des pistons 2A se déplace vers le bas à partir de la position supérieure L1 vers la position inférieure L2, la soupape 8A est fermée, ce qui force le liquide sous pression dans la chambre 4A à jaillir de la buse 6 au travers du tube de pression 7A pour entraîneur la roue à eau 9 et produire énergie de rotation en permettant a l'autre piston 2B de monter de la position inférieure L2 à la position supérieure L1, la soupape 8B étant ouverte pour permettre au liquide dans le réservoir 5B de s'écouler dans la chambre 4B. En conséquence, quand l'autre piston 2B descend de la position supérieure L1 à la position inférieure L2, la soupape 8B est fermée pour forcer le liquide sous pression dans la chambre fermée 4B 9 sortir de la buse 6 par la tubulure de pression 7A et entratner la roue à eau 9 pour fournir de l'énergie de rotation. A ce moment, le piston 2A est soulevé de la position inférieure L2 à la position supérieure L1 et la soupape 8A est ouverte, ce qui permet au liquide dans le réservoir 5A de s'écouler dans la chambre 4A. Ce cycle se répète un certain nombre de fois avec le glissement alternatif des pistons 2A, 2B dans les réservoir 1A, 1B, la roue à eau 9 étant entratnée pour produire en continu de l'énergie de rotation. Le liquide chassé contre la roue 9 circule sans aucune perte, sauf par évaporation. Quand la puissance électrique P est engendrée par une dynamo entraînée par une roue à eau 9, la puissance P est donnée par l'équation (1) ci-dessus, dans laquelle une valeur 1O est substituée à la hauteur effective H0 > 10 étant la somme de la longueur 11 du réservoir 4A, 4B, entre le niveau d'eau l'intérieur et les parois 21A, 21B et d'une valeur 12 (non représentée) et calculée en fonction de la hauteur à partir du poids des balances 50A, 50B sur les sdparations 21A, 21B. On suppose de plus que m représente les pertes mécaniques résultant du mouvement alternatif des pistons 2A, 2B, des poids 50A, 50B et du moyen de couplage 3, et que k est l'énergie nécessaire pour soulever les pistons 2A, 2B et les poids 50A, 50B. La puissance électrique P obtenue est exprimée par l'équation (2) ci-dessous. P = 9,8QHOrtpwffg - m - k (2) Une force extérieure peut être fournie au moyen du .oul,lage - (comme par l'entraînement des poulies 34a, 34b et la suite, avec un moteur dans un sens déterminé) pour compenser la perte d'énergie m + k, c'est-à- dire énergie mécanique m plus énergie nécessaire pour faire monter les pistons 2A, 2B, les poids 50A, 50B et la suite. Avec une telle force extérieure donnée, la puissance P est exprimée par l'équation (2) d'où l'on a éliminé la perte d'énergie m + k.La force externe, quand elle est appliquée, a pour résultat une augmentation du poids total de liquide circulant par unité de temps, ce qui permet à la roue 9 de produire une puissance supérieure P par unité de temps et d'assurer la circulation de liquide avec stabilité, donc avantageusement. En se reportant aux figures 3 à 7, une tige support robuste 82 de longueur préddterminde part du centre du fond du poids 50, au travers d'une ouverture centrale 22 de la paroi 21 du piston 2 pour dépasser audelà du coté inférieur de la séparation 21. Juste avant que la séparation 21 atteigne la position inférieure L2 pendant son mouvement vers le bas, la tige 82 s'approche de la plaque de fond du réservoir 1 et comprime un ressort 15 sur la plaque de fond, et à ce moment la tige 82 est forcée de pousser le poids 50 vers le haut, ce qui arrête le mouvement vers le haut de l'autre poids SO relié au poids 50 ci-dessus mentionné par le moyen de couplage 3. la séparation 21, qui peut être de toute forme désirée, peut avoir de préférence des saillies capable d'appliquer une pression au liquide dans la chambre 4 au voisinage de la séparation 21. Par exemple, la séparation 21 peut être munie, sur le c3té inférieur appliquant la pression, de saillies annulaires 23 ayant une section droite à peu près triangulaire et placées en double ou triple arrangement en accord avec la dimension de la séparation 21. Suivant les figures 3 à 5, la saillie annulaire 23 est partiellement coupée et elle peut être ouverte comme en 24 pour fournir des soupapes de fermeture 83 servant comme la soupape 8. Les soupapes 83 sont munies de plusieurs ouvertures d'écoulement 84 réalisées dans la séparation 21. Chacune des soupapes 83 est reliée à un levier 85 ayant une portion supérieure 89 qui bute contre l'extrémité supérieure d'un bati 86 auquel le poids 50 est attaché. La soupape 83 reliée à l'extrémfté inférieure 87 du levier 85 s'ouvre quand le poids 50 se déplace vers le haut et se ferme quand le poids 50 s'abaisse pendant son mouvement alternatif vers le haut et vers le bas. En se reportant aux figures 6 et 7, la tige support 82 est munie d'une soupape mobile 88 ayant une tige centrale 881, un bras 882 attaché à la tige centrale, des ressorts a lame 883 attachés 9 la tige 82 et un ressort d boudin 884 logé dans une extrémité supérieure de la tige 82.Comme on le voit sur la figure 6, les ressorts à lame 883 de la soupape 88 sont placés à l'intérieur de la périphérie extérieure de la tige 82 de façon à être mobile librement au travers de l'ouverture 22 de la séparation 21 quand le piston 2 monte. quand ils sont amenés sous la séparation 21 avec le mouvement vers le bas du piston3 les ressorts 883 s'ouvrent vers l'extérieur au-deld de la périphérie extérieure de la tige 82 pour maintenir le poids SO en contact étroit avec la séparation 21. En se reportant aux figures 8 et 9 montrant le réservoir 1, le piston 2, la séparation 21 et la garniture annulaire 11, celle-ci comprend un élément de garniture en rouleau 111 de section droite sensiblement circulaire et ayant le poids, l'zpaisseur et la longueur désirés. Chacun des éléments 111 comprend une portion centrale réalisée en métal résistant à la corrosion ou en plastique rigide ayant un nombre désiré de paliers logés à l'intérieur de sa périphérie et recouvert sur toute la périphérie d'un matériau élastique, souple, robuste, tel que du caoutchou*, des matières plastiquesl de l'éponge ou analogue. Les éléments 111 sont ajustés dans une rainure annulaire en forme de canal 52 réalisé dans la paroi périphérique 51 du réservoir 5 pour rendre le piston 2 mobile doucement vers le haut et vers le bas de façon alternative avec un frottement réduit entre la surface intérieure du réservoir et la surface extérieure du piston 2.En accord avec la dimension de la séparation 21, un nombre approprié d'éléments de garniture à rouleau sont montés de façon a tourner sur l'axe central 112 de la garniture 11 disposée dans la rainure annulaire 52. Des plaques 113 minces à surface lisse, ayant des propriétés antistatiques et anticorrosives, sont interposées entre les extrémités opposées des 6 ments 111. la garniture annulaire 11 représentée sur les figures 8 et 9 a pour avantage de rendre le piston 2 mobile à frottement doux dans le réservoir 1, avec un frottement réduit, tout en fermant la chambre 4 pour éviter que le liquide n'en sorte au-dessus de la séparation 21. Les figures 10 à 12 représentent des paires de réservoirs LA, 1B, des tubes de pression ayant chacun une extrémité communiquant avec la chambre fermée du réservoir, un collecteur central 71 reliant ensemble les autres extrémités des tubulures de pression 7, des buses 61 placées sur la périphérie intérieure du collecteur 71 et une roue à eau 9. Avec l'arrangement représenté sur les figures 10 à 12 dans lequel plusieurs paires de réservoirs 1A, 1B sont placées radialement, le fluide sous pression recueilli par le collecteur 71 peut être forcé extérieurement de façon concentrique a partir des buses 61 contre la roue à eau unique 9, de façon à obtenir la quantité voulue d'énergie de rotation. Cet arrangement est avantageux en ce que l'énergie de rotation est disponible avec des fluctuation réduites. Des réalisations représentées sur les figures 2 à 12 peuvent etre munies d'un réservoir à air, d'une pompe à air, d'un compresseur a air, ou analogues,pour une buse de décharge d'air qui est prévue conjointement avec la buse de décharge de liquide, pour expulser un mélange de liquide et d'air. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICAT IONS 1 - Appareil de production d'énergie de rotation, caractérisé en ce qu'il comprend une paire de réservoirs, une paire de pistons placés dans les réservoirs et mobiles alternativement en glissant entre une position limite supérieure et une position limite inférieure en se déplaçant alternativement vers le haut et vers le bas, des moyens de couplage reliant la paire de pistons en équilibre pour forcer l'un des pistons à se déplacer vers le bas ou vers le haut tout en permettant à l'autre piston de se déplacers le haut ou vers le bas, une chambre fermée placée sous le piston dans chacun des réservoirs et remplie d'un liquide, un réservoir placé dans une position supérieure du piston dans chacun des réservoirs pour stocker le liquide, une buse prévue à une extrémité de la chambre fermée, une soupape pouvant se fermer quand chacun des pistons se déplace vers le bas partir de la position limite supérieure vers la position limite inférieure pour comprimer le liquide dans la chambre fermée et rendre le liquide utilisable en tant que liquide sous pression, la soupape pouvant s'ouvrir quand chacun des pistons se déplace vers le haut a partir de la position limite inférieure vers la position limite supérieure, pour faire passer le liquide dans le réservoir vers la chambre fermée, un moyen pouvant être mis en rotation par un jet de liquide sous pression se détendant à partir de la buse pour engendrer une énergie de rotation3 et un canal d'alimentation en liquide pour faire retourner le liquide détendu vers le réservoir après que le liquide a fait tourner l'élément tournant pour engendrer l'éner- gie de rotation, la buse, le moyen tournant et le canal d'alimentation en liquide étant placés sensiblement au même niveau ou au-dessus du niveau de l'extrémité supérieure du réservoir pour faire circuler le liquide. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les réservoirs sont cylindriques. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les réservoirs sont incorporés dans le sol avec les extrémités supérieures des réservoirs placées de niveau avec la surface du sol. 4 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du réservoir est de niveau avec l'extrémité supérieure du piston quand celui-ci est dans sa position limite inférieure. 5 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un poids est prévu dans le réservoir. 6 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de couplage comprennent des poulies tournant sur des axes attachés au piston, des poulies fixes tournant sur des axes fixés en position et des fils passant sur lés poulies. 7 - Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le liquide est de l'eau. 8 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen tournant est une roue a eau.