Brevet FR2488340A1 — publié le 19820212

L'invention a pour objet un dispositif permettant de transformer de l'énergie hydraulique en énergie pneumatique. Le procédé est caractérisé par le fait qu'il utilise - Deux fluides de densité différente : le plus léger se place au-dessus du plus lourd. - De l'eau introduite sous pression au niveau inférieur d'un récipient clos qui en chasse l'air par une canalisation située au niveau supérieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'eau introduite . Grâce aux propriétés de 1 'air comprimé, cette énergie pourra éventuellement être transférée à distance ou à des niveaux divers. L'invention a également pour objet un dispositif permettant de transformer de l'énergie pneumatique en énergie hydraulique. Le procédé est caractérisé par le fait qu'il utilise, comme ci-dessus décrit, la combinaison de fluides de densités différentes. - De 11 air introduit sous pression à la partie supérieure d'un récipient clos qui en chasse l'eau par une canalisation située au niveau inférieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'air introduit. Cette eau sous pression pourra notamment être élevée ou poussée en une chute forcée. L'invention a également pour objet un dispositif permettant d'appliquer par transmission pneumatique, à distance ou à des niveaux différents, l'énergie d'une chute hydraulique à une autre masse d'eau. Le procédé utilise la combinaison des deux précédents dispositifs : l'air expulsé du premier est introduit dans le second. L'on peut ainsi obtenir 1) L'élévation d'une masse d'eau Du niveau atteint, une chute restituera éventuellement 1' éner- gie. Cette élévation peut se faire notamment - à partir du niveau d'alimentation de la chute initiale. - à partir du niveau d'alimentation d'une autre chute. Dans ces deux cas, la dénivellation supérieure de la dernière chute augmentera d' autant la pression obtenue. 2) Une pression supplémentaire appliquée au départ d'une chute - au niveau d'alimentation de la chute initiale. - au niveau d ' alimentation de toute autre chute réalisant l'addition des énergies des chutes successives. Différentes - combinaisons peuvent être réalisées à partir de ces dispositifs, notamment - Elévation d'eau par paliers successifs grâce à des apports successifs de pression pneumatique. - Elévations d'eau successives grâce à l'énergie des chutes de plus en plus hautes qui en résultent, la dernière représentant l'addition de toutes les énergies utilisées. - Chutes en série dont les pressions sont reportées de l'une à l'autre afin d'en additionner les énergies. La souplesse d'utilisation de l'énergie pneumatique autorise, selon les besoins, ces dispositifs à fonctionner indépendamment ou reliés en eux par un réseau pneumatique. Une harmonisation des pressions se fera, si nécessaire, par l'un des dispositifs convertisseurs ci-dessus. La circulation de l'air dans ces dispositifs peut se faire a) - en un circuit fermé - le dispositif tout entier fonctionnant à des pressions indépendantes de la pression atmosphérique. b) - en communication avec la pression atmosphérique. Aspiration et évacuation d' air se faisant soit directement à partir de chaque élément du dispositif, soit indirectement grâce à des collecteurs et réservoirs afin d'assurer notamment une meilleure régulation thermique. Dans tous les systèmes convertisseurs ci-dessus, l'énergie appliquée à une partie seulement du fluide utilisé se retrouve dans le surcroît de pression obtenu lors de la dernière chute. Ces dispositifs permettent d'utiliser toutes hauteurs de chutes hydrauliques selon les critères de meilleures rentabilité, en appliquant leur énergie à volonté, par de l'air ou par de l'eau, aux appareillages appropriés, à la pression optimale, à l'endroit le plus favorable. Les installations nécessaires sont simples, peu onéreuses et d'entretien aisé. Elles ne comportent pas de pièces mécaniques en mouvement, sinon des vannes et clapets. Ceci leur assure robustesse et longévité. Elles fonctionnent sans perte, ni pollution des fluides utilisés. Ces dispositifs sont également réalisables avec d' autres fluides que l'eau et ltair. Les exemples d ' applications des dispositifs et de leurs procédés d 'utilisation sont nombreux. 1 - Compression d'air grâce à une chute d'eau. Captation de l'énergie de cours d'eau en remplissant au long de leur pente, des réservoirs dont l'air est chassé sous pression. Il peut être utilisé pour actionner divers appareils et notamment des dispositifs décrits ci-dessus, sur place ou à distance. La capacité des réservoirs, leur nombre et leur disposition seront calculés selon la configuration du terrain , le débit et la puissance désirée. L'eau utilisée se retrouvant sans perte ni pollution au niveau inférieur peut alors servir à d ' autres fins : alimentation de la retenue d'un barrage, irrigation, eau potable, etc..... 2 - Mise en pression d'un réseau hydraulique. 3 - Elévation d'eau pour mise en réserve. L'eau étant amenée à partir d'un barrage ou de tout autre lieu dans des bassins plus élevés, notamment lors de crues ou en période de moindre utilisation. 4 - Utilisation de chutes de faible hauteur, souvent employées jusqu'alors. Augmentation de la pression afin d'obtenir un meilleur rendement énergétique. La conversion de pression et l'utilisation finale peuvent se faire sur place ou à distance. L'eau employée retrouve à la sortie du dispositif son cours et son débit normal, sans pollution. 5 - Energie des marées. 6 - Apport d'énergie supplémentaire aux installations hydro-électriques de barrages, provenant de cours d'eau situés en amont ou en aval, ou en tout autre lieu. La transmission pneumatique permet d'appliquer un surcroît de pression en haut des chutes des barrages. 7 - Chutes importantes assorties de réserves si nécessaire, obtenues grâce à une meilleure utilisation de la nature du terrain, sans avoir à construire des ouvrages colossaux et des retenues d'eau dangereuses. 8 - Un dispositif hydro-pneumatique peut permettre d'élever l'eau d'un puits quelle que soit la profondeur. Les dessins ci-joints donnés à titre d'exemple indicatif et non limitatif permettront aisément de comprendre l ' invention . Ils représentent un mode de réalisation préféré selon l'invention. Les figures 1 à 15 sont des représentations schématiques de dispositifs convertisseurs d'énergie hydro-pneumatique. Les figures 16 à 19 sont des vues schématiques du dispositif hydro-pneumatique destiné à élever l'eau d'un puits quelle que soit la profondeur. 1 - Dispositif permettant de transformer de l'énergie hy- draulique en énergie pneumatique. - Utilisation de deux fluides de densité différente : le plus léger se place au-dessus du plus lourd. - De l'eau introduite sous pression au niveau inférieur d'un récipient clos en chasse l'air par une canalisation située au niveau supérieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'eau introduite (voir la figure 1). Grâce aux propriétés de 1 'air comprimé, cette énergie pourra éventuellement être transférée à distance ou à des niveaux divers (voir la figure 2). 2 - - Dispositif permettant de transformer de l'énergie pneumatique en énergie hydraulique utilisant, comme ci-dessus les propriétés de fluides de densités différentes. - De l'air introduit sous pression à la partie supérieure d'un récipient clos en chasse l'eau par une canalisation située au niveau inférieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'air introduit (voir la figure 3). Cette eau sous pression pourra notamment être élevée (voir la figure 4) ou poussée en une chute forcée (voir la figure 5). 3 - Dispositif permettant d ' appliquer par transmission pneumatique, à distance ou à des niveaux différents, l'énergie d ' une chute hydraulique à une autre masse d'eau, réalisé par la combinaison des deux précédents dispositifs : 1' air expulsé du premier est introduit dans le second (figure 6), l'on peut ainsi obtenir 1) L'élévation d'une masse d'eau Du niveau atteint, une chute restituera éventuellement l'énergie. Cette élévation peut se faire notamment - à partir du niveau d ' alimentation de la chute initiale (figure 7). - à partir du niveau d ' alimentation d'une autre chute (figure 8). Dans ces deux cas, la dénivellation supérieure de la dernière chute augmentera d'autant la pression obtenue. 2) Une pression supplémentaire appliquée au départ d'une chute - au niveau d'alimentation de la chute initiale (figure 9). - au niveau d' alimentation de toute autre chute (figure 10) réalisant l'addition des énergies des chutes successives. Différentes combinaisons peuvent être réalisées à partir de ces dispositifs, notamment a) - Elévation d'eau par paliers successifs grâce à des apports successifs de pression pneumatique (figure 11). b) - Elévations d'eau successives grâce à l'énergie des chutes de plus en plus hautes qui en résultent, la dernière représentant l'addition de toutes les énergies utilisées (figure 12). c) - Chutes en série dont les pression sont reportées de l'une à l'autre afin d'en additionner les énergies (figure 13). La souplesse d'utilisation de l'énergie pneumatique autorise, selon les besoins, ces dispositifs à fonctionner indépendamment ou reliés en eux par un réseau pneumatique. Une harmonisation des pressions se fera, si nécessaire, par l'un des dispositifs convertisseurs ci-dessus. La circulation de l'air dans ces dispositifs peut se faire: - en un circuit fermé - le dispositif tout entier fonctionnant à des pressions indépendantes de la pression atmosphérique. - en communication avec la pression atmosphérique. Aspiration et évacuation d ' air se faisant soit directement à partir de chaque élément du dispositif, . soit indirectement grâce à des collecteurs et réservoirs afin d ' assurer notamment une meilleure régulation thermique. Dans tous les systèmes convertisseurs ci-dessus, l'énergie appliquée à une partie seulement du fluide utilisé se retrouve dans le surcroît de pression obtenu lors de la dernière chute. Ces dispositifs permettent d'utiliser toutes hauteurs de chutes hydrauliques selon les critères de meilleures rentabilité, en appliquant leur énergie à volonté, par de l'air ou par de l'eau, aux appareillages appropriés, à la pression optimale, à l'endroit le plus favorable. Les installations nécessaires sont simples, peu onéreuses et d'entretien aisé. Elles ne comportent pas de pièces mécaniques en mouvement, sinon des vannes et clapets. Ceci leur assure robustesse et longévité. Elles fonctionnent sans perte, ni pollution des fluides utilisés. Ces dispositifs sont également réalisables avec d'autres fluides que l'eau et l'air. Le dispositif hydro-pneumatique destiné à élever l'eau d'un puits quelle qu en soit la profondeur représenté dans les figures 16 à 19 fonctionne ainsi 1 ) Etat des réservoirs au départ - B est vide - E plein - H plein - C est plein - F vide - D est vide - G vide, voir la figure 16 2) ler cycle - circulation des fluides Eau de A en B Eau de F et G Air de B en C Air de G en H Eau de C en D Eau de H en I voir la figure 17 Air de D en E Eau de E en F 3) Pour amorcer le 2ème cycle, il faut Vider B par insuflation d'air en K à la pression de 0,035 bar, toutes conduites fermées, sauf L, pour faire monter l'eau jusqu'au niveau du puits. Cette pression peut être obtenue grâce à une éolienne. Remplir E. Voir la figure 18. 4) 2ème cycle Eau de A en B Air de B en D Eau de D en C ) en traits mixtes sur la figure 19 Air de C en E Eau de E en F Eau de F en H Air de H en G ) en traits mixtes sur la figure 19 Eau de G en I Pour amorcer un nouveau cycle, il est nécessaire, comme précédemment, de vider B et remplir E. Une pompe aspirante J, telles que celles utilisées générale ment pour sortir l'eau d'un puits, peut être mise en appoint afin d'envoyer à une plus grande hauteur l'eau arrivant en I en fin de chaque cycle. - ml = 1,99 mètre -m2 = 1,33 mètre - m3 = 0,33 mètre, niveau de l'eau du puits. - rp O = niveau du réservoir le plus bas (B). Dans les figures, les références suivantes sont utilisées pour faciliter la compréhension du texte Eau = 1 Air = 2 Chute d'eau = 3 Niveau supérieur d' alimentation en eau = 4 Niveau inférieur d ' alimentation en eau = 5 Retenue d'eau d'un barrage = 6 Air comprimé = 7 REVEND ICAT IONS 1. Procédé pour convertir l'énergie hydraulique en énergie pneumatique et vice-versa et permettant d'appliquer, par transmission pneumatique à distance ou à des niveaux différents, l'énergie d'une chute hydraulique, caractérisé par le- fait que soit l'on utilise' : - deux fluides de densité différente, le plus léger se place au-dessus du plus lourd, de l'eau introduite sous pression au niveau inférieur d ' un récipient clos en chasse 1' air par une canalisation située au niveau supérieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'eau introduite, soit l'on utilise de l'air introduit - sous pression à la partie supérieure d'un récipient clos- qui en chasse l'eau par une canalisation située au niveau inférieur avec une énergie sensiblement égale à celle de l'air introduit, cette eau sous pression pourra notamment être élevée ou poussée en chute forcée, soit l'on utilise de 1' air expu-lsé du premier qui est introduit dans le second récipient ou réservoir. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu-'il est constitué par une canalisation d'eau sous pression qui arrive à un niveau inférieur d'un récipient clos qui en chasse l'air par une autre canalisation située au niveau supérieur. 3. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'air est introduit sous pression à la partie supérieure d un récipient clos qui en chasse l'eau par une canalisation située au niveau inférieur. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on élève l'eau par des paliers successifs grâce à des apports successifs de pression pneumatique. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu 'il comporte des chutes de plus en plus hautes, la dernière représentant l'addition de toutes les énergies utilisées pour l'élévation d'eaux successives grâce à l'énergie desdites chutes. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu ' il comporte des chutes en série dont les pressions sont reportées de l'une à l'autre afin d'en additionner les énergies. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la circulation de l'air se fait - en circuit fermé - le dispositif tout entier fonctionnant à des pressions indépendantes de la pression athmosphérique. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la circulation de l'air se fait - èn communication avec la pression athmosphérique, aspiration et évacuation d' air se faisant . soit directement à partir de chaque élément du dispositif. . soit indirectement grâce à des collecteurs et réservoirs afin d'assurer notamment une meilleure régulation thermique. 9. Dispositif pour la mise en oeuvre dua procédé, selon la revendication 1, notamment destiné à élever l'eau d'un puits quelle que soit la profondeur, caractérisé par le fait que deux réservoirs (C) et (D) sont disposés au niveau de l'eau du puits (m3), un réservoir (B) est sous le niveau de l'eau du puits (mu), il est relié dans sa partie inférieure (A) à l'alimentation en eau, dans sa partie supérieure, il est relié à un moyen d'alimentation en air comprimé (K) et à la partie supérieure des réservoirs (C) et (D), le réservoir (D) est lui-même relié par sa partie supérieure à la partie supérieure du réservoir (E) qui est au niveau (m2), le réservoir (E), par sa partie inférieure, est relié à la partie inférieure du réservoir (F) qui est au niveau (mol), ledit réservoir (F), par sa partie inférieure, est relié aux réservoirs (G et H) qui sont au niveau (mol ), ces deux réservoirs (H et G) sont reliés également entre eux par leurs parties inférieures et supérieures, une pompe aspirante (J) peut être branchée comme pompe d' appoint en (I), tous les réservoirs et leurs canalisations comportent des robinets pour établir la circulation adéquate des fluides. 10 - Procédé mettant en oeuvre le dispositif, selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'à l'état des réservoirs au départ - B est vide - E plein - H plein - C est plein - F vide - D est vide - G vide, ler cycle - circulation des fluides Eau de A en B Eau de F et G Air de B en C Air de G en H Eau de C en D Eau de H en I Air de D en E Eau de E en F Pour amorcer le 2ème cycle, il faut vider B par insuflation d'air en K à la pression de 0,035 bar, toutes conduites fermées, sauf L, pour faire monter l'eau jusqu'au niveau du puits. Cette pression peut être obtenue grâce à une éolienne. Remplir E. 2ème cycle Eau de A en B Air de B en D Eau de D en C ) en traits mixtes sur le plan Air de C en E ) Eau de E en F Eau de F en H Air de H en G ) en traits mixtes sur le plan Eau de G-en I Pour amorcer un nouveau cycle-, il est nécessaire, comme précédemment, de vider B et remplir E. Une pompe aspirante J, telle que celles utilisées générale ment pour sortir l'eau d'un puits, peut être mise en appoint afin d'envoyer à une plus grande hauteur l'eau arrivant en I en fin de chaque cycle.