Brevet FR2476759A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne les dispositifs convertissant l'énergie de la mer et plus particulièrement les convertis seurs hydropneumatique et ce avec un rendement élevé. Les dispositifs connus de ce genre comme ceux utilisant l'é- nergie des vagues, du type "radeaux co@erell" ou du type à membrane flexible ou encore les "canards salter", présentent comme principaux inconvénients, 'soit d'être de construction énorme ou Bien encore de rendement médiocre et selon le dis- positif, fragiles. Le dispositif selon l'invention permet de pallier ces prin@ cipaux inconvenients. En effet en remarquant que la pression hydrostatique s'exprime par : P - p g h, dans laquelle p - masse volumique du liquide, g = accélération de la pesanteur, h = distance d'immersion. La force qui en résulte, pour une surface s, s'écrit F =p g s h L'invention a donc pour objet un convertisseur d'énergie hydropneumatique caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un cylindre rempli de gaz, disposé verticalement, ferme à son extrémité inférieure par un piston et à son extrémité supérieure par un moyen dZétanchéité. Ledit cylindre étant sou mîs au moins par son extrémité inférieure à une pression hydrostatique agissant sur le piston pour assurer son déplacement en comprimant le gaz, et d'autre part un récepteur des* tiné à recevoir le gaF comprime provenant du cylindre en relation avec un moyen de transformation pour libérer l'énergie:: - Le moyen de transformation est représenté par une turbine électrique, Le convertisseur comprend des moyens pour assurer le basculement du cylindre en position horizontale, - Le Le moyen d'étanchéité est une culasse susceptible d'admettre une énergie additionnelle pour assurer le retour du piston à sa position initiale. Le moyen d'étanchéité est en relation avec une éolienne four nissant l'énergie additionnelle pour assurer le retour du piston à sa position initiale. Une enveloppe de protection est ménagée autour du cylindre et du récepteur. - Le dispositif selon l'invention est donc caractérisé par le fait que la force F est utilisé@ comme force motrice de la façon suivante : - On considère un cylindre rempli d'air de hauteur hi et de surface S, immergé dans un liquide, un piston ferme son ex-trémité basse, un système de fixation le maintien dans cette position. La partie haute du cylindre est armée par un moyen d'étanchéité auquel est relié un dispositif d'accrochage as- surant ainsi l'étanchéité entre l'air ou tout autre gaz contendu dans le cylindre et le -liquide environnant, représentant par analogie avec un moteur à combustion interne, sa culasse. Celle-ci est reliée à un réservoir qui emmagasine l'énergie, par un conduit. Une valve permet de mettre en communication le cylindre et le réservoir en temps utile. Lorsque le piston est libéré, sous l'impulsion de la force F, celui-ci va se déplacer pour venir comprimer 11 air contenu dans le cylindre inItialement la pression Pa, la valve étant fermée. Quand le- piston arrive à sa position la plus haute (sa vitesse est alors nulle) ce dernier est immobilisé par un dispositif analogue au précédent. La-pression P régnant dans. le cylindre est alors égale à : P = R x Pa (R > 1). La valve est alors ouverte pour transvaser une partie de l'énergie recueillies dans le réservoir, puis refermée. La pression est alors telle que P > Pa. L'énergie contenue dans le réservoir est ensuite convertie par exemple en énergie électrique à l'aide d'une turhine. Pour re péter cette opération, il faut vidanger le-liquide contenu dans le cylindre. Le dispositif selon l'invention est original en ce qu'en bas- culant le cylindre autour d'un axe défini comme étant le centre de rotation du système cylindre-liquide-piston, pour l'art roter en position horizontale, on réduit sa hauteur par rap- port à la surface libre du liquide soit par exemple H cette hauteur, la pression antagoniste -n'étant plus que P=pgH(E L'énergie minimum restante dans le cylindre, permettra au piston de regagner sa position. Et le cycle recommence. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers deréalisation donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels la figure 1 représente une vue schématique du conyertîsseur montrant la position du cylindre lors du remplissage. la figure 2 représente la position du cylindre lors de la vidange. la la figure 3 illustre un mode de réalisation équipé d'un moyen additionnel d'énergie. - la figure 4 représente unecoupe selon de la figure 3. Sur la ligure 1, on a représente-un cylindre 1 rempli d'air et immergé dans un liquide dont on veut récupérer l'énergie le cylindre comprend une culasse en partie haute dont l'é- tanchéité est réalisée par le dispositif 6'qui assure aussi l'accrochage dudit cylindre. Un piston 2 ferme la partie inférieure. Une valve 3 permet de mettre en communication le cylindre et le réservoir d'énergie et-ce entemps utile. Le dispositif 6 permet d'immobiliser le piston 2 lorsque ce- lui-ci est en position basse. Le mécanisme 8 permet de bas culer le cylindre lorsque cela est nécessaire. Sur la figure 2, on voir le cylindre une fois basculé à la position horizontale. Le dispositif 6' analogue~à celui-noté 6 immobilise le piston avant la vidange du liquide. Une valve 7 permet la mise à l'air libre au cours du déplacement du pis ton. Sur la figure 3 on retrouve le mécanisme 11 noté 8 sur la fi gure 1. Celui-ci peut être décrit comme un système ayant emma- gasiné de l'énergie sous forme mécanique (ressort) ou pneumatique (piston-cylindre). Lorsqu'on libère ledit système celuici fourni son énergie au cylindre qui tourne autour de son axe de rotation et vivent alors "recharger" le système 12 analogue à celui noté 11. Lorsque le piston retrouve sa position au ni- veau 6, le système est alors déséquilibré et dans le hon sens!. Le système 12 une fois libéré rebascule alors le cylindre en position verticale en "rechargeant" alors le systeme il. Plusieurs cycles peuvent entre envisagés, soit Cycle de remplissage 1.1 : Considérons le piston 2 dans la position indiquée a sur la figure 1. A l'instant t = O le dispositif 6 libere le piston qui sous l'effet de la force F- ex- primes comme précédemment; F - p g S h et à titre d'exemple pour p = 103 kg/m3 g = 10 m/S2 S = 1 m2 h = 10 m F = 105 N Soit 10 tonnes !, se déplacera sers le haut du cylindre La valve 3 dans un pre mier temps- isQle -le cylindre du réservoir 4, Le piston dans sa course va. donc comprimer l'air contenu dans le cylindre. Lorsque le piston arrivera à la position b, l'air sera à une pression P = k1 Pa, N > 1 (Pa étant la pression atmosphèrique) et à ce moment la valve 3 s'ouvrira pour permettre, de trans- vaser une partie de l'énergie dans le réservoir 4. Le piston de part son inertie ainsi que celle du liquide contenu dans le cylindre et de la force motrice encore disponible, va poursuivre son mouvement, Arrivé à la position c, la valve se referme isolant à nouveau le cylindre du réservoir. Le piston finissant sa course en d ou-il sera immobilisé par le dis- positif 6' analogue à celui noté 6.La pression P de l'air restant dans le cylindre est très élevée : P = k2 Pa - Cycle de remplissage 1.2. : Selon le même mouvement du piston que précédemment sauf que, au lieu d'ouvrir la valve lorsque le piston arrive en b, on la maintien fermée jusqu'à ce que le piston atteigne sa fin de course ou il sera à nouveau immobilisé par un dispositif du type 6'. A ce moment la pres s'ion de l'air sera supérieure à R1 Pa, soit n Pa (n > k1). On ouvre alors la valve pour transvaser une partie de l'énergie reçue dans le réservoir. Il s'agit maintenant de vidanger -le cylindre du liquide qui l'a rempli. Consed@rons la figure 2 - Pour vidanger le liquide en fournissant un minimum d'éner- gie, il convient de basculer le cylindre 1 en actionnant le système 8 ( figure 1) autour d'un axe I afin que la force an- tagoniste générée par la pression hydrostatique extérieure Fant p g S x H ( E Le mécanisme 8 qui permet de basculer le cylindre est conçu pour ne pas dépenser de l'énergie. Le cylindre lors du basculement est fermé en sa position haute par sa culasse. Le cylindre étant en position horizontale, l'énergie minimum emmagasinée dans celui-ci permettra au piston de regagner sa position initiale ( notée a figure 1) où il sera à nouveau immobilisé par le système 6. Une valve permet la mise à l'air libre pour renouveler le cylindre en air. A ce moment le mécanisme 8 rehascule le cylindre pour venir le replacer à nou yeau dans sa position verticale. Et le cycle recommence. Sur la figure 3 on a une coque 5 qui, permet au cylindre d'évov luer dans l'air au lieu du liquide où les forces de trainée sont très grandes. Un dispositif 6 permet alors d'immobiliser le piston ainsi que son isolement entre l'air dans la coque et -le liquide extérieur, lors du basculement du cylindre. Le dispositif 6 est conçu aussi pour adapter les vitesses d'é- Section du liquide (convergent - divergent). La valve 8 permet la mise à l'air libre du cylindre au moment voulu. Un dispositif 7 est adapté au cycle 1.1. de remplissage où la pression en fin de course du piston est très grande, pour in jecter du carburant qui permet par combustion d'élever la pression qui amènera le piston dans sa position initiale après vidange. Celà peut être intéressant pour un même rendement de récupérer plus d'énergie dans le réservoir 4. La coupe AA sur la figure 4, représente une '-vue de dessus qui indique la symétrie de révolution autour de l'axe BBT et partant, que plusieurs cylindres peuvent être positionnés. Selon l'énergie à fournir, tout où partie des cylindres peuvent être actionnés. Le dispositif 9 permet de récupérer l'énergie éolienne suffi- sante pour que le piston à la vidange regagne sa position ini tiale. Il permeten outre d'augmenter le rendement de l'ins- tallation. Le rendement du convertisseur étant fonction de h1, h (d=h-h1) essentiellement on peut selon les dimensions données à 1'installation obtenir un rendement pratique entre 0,5 et 0,7. Il est à noter que le rendement pour une longueur h1 du cylin dre, donnée, augmente proportionnement à d. REVENDICATIONS 1.- Convertisseur d'énergie hydropneumatique, caractérisé en ce qu'il comprend d'une part un cylindre rempli de gaz disco sé verticalement, fermé & son extrémité inférieure par un piston et à son extrémité supérieure par un moyen d'étanchéité, ledit cylindre étant soumis au moins par son-extrémité infé- rieure à une pression-hydrostatique agissant sur -le piston pour assurer son déplacement en comprimant le gaz et d'autre part un récepteur destiné à recevoir le gaz comprimé provenant du cylindre en relation avec un-moyen de transformation pour libé- rer l'énergie. 2.- Convertisseur- selon la revendication 1-,. caractérisé en ce que le moyen de transformation est représenté par une turbine électrique. 3.- Convertisseur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour -assurer le basculement du cylindre en position horizontale. 4.- Convertisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité est une eulasse susceptible d'admettre une énergie additionnelle pour assurer le retour en position initiale du piston. 5.- Convertisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité est en relation avec une éolienne fournissant l'énergie additionnelle pour assurer le retour en position initiale du piston. 6.- Convertisseur selon l'une quelconque des revendications caractérisé en ce qu'une enveloppe de protection est ménagée autour du cylindre et-du récepteur.