Brevet FR2509800A1 — publié le 19830121

Invention ayant pour objet la production d'air comprimé à partir de l'air atmosphérique et de l'énergie propagée par la houle marine La présente invention permet, à proximité immédiate des côtes, en un lieu exposé à la houle, de tirer parti de l'énergie inépuisable contenue dans le mouvement alternatif de la houle marine en actionnant, par pilonements successifs, des popes à comprimer les gaz pour obtenir, sous forme d'air comprimé, une reserve d'énergie maniable et aisément transformable en énergie mécanique ou électrique au moyen de machines à piston ou des turbines à gaz couplées ou non à un alternateur. Le déclin prévisible à moyen terme de l'approvisionnement en carbu -rant fossile a rececoeat stimulé les recherches visant à obtenir de l'éner- -gie à partir du mouvement des mers . I1 existe actuellement un grand nombre d'inventions cherchant à utiliser l'énergie de la licule marine ou des vagues, qui sont généralement compliquées, difficilement réalisables et rarement réalisées et dans lesquelles une partie mobile, mue par le mouvement de la houle par rapport à un point fixe ou inerte, délivre de l'énergie utili -sable.Les structures de ces inventions manquent de souplesse devant la na -ture extrèmement variable des mouvements de la mer et ne tiennent pas compte de l'agressivité corrosi@e du milieu marin envers les matériaux L'air comprimé n'est pas généralement utilisé comme fluide intermédiaire L'avantage de l'air comprimé est Sa facilité de transport et de transfor -ation en énergies diverses, l'absence totale de pollution à tous les stades d'utilisation et son coût gratuit La présente invention qui utilise l'air comprimé comme vecteur d'énergie capte la force de la houle par un procédé inédit, simple et robuste: un flotteur libre, soumis à l'action directe de la houle à l'in -térieur d'une cage à claire-voie, supporte une coupole mobile se dépla@ant verticalement dans la cage à l'unisson du flotteur qu'elle coiffe . La coupole, dont la course est limitée par des butoirs-amortisseurs inclus dans la présente invention, glisse sur les montants verticaux de la cage au moyen de glissières originales et actionne, au mo@an d'une tige télés -copique originale, au moins deux pompes à air comprimé placées sur une plate-forme par l'intermédiaire de leviers dont les caractéristiques sont adaptées à l'intensité des forces mises en oeuvre par la houle locale Ainsi une houle de faible amplitude, entrainant un faible déplacement des éléments mobiles, provoquera un plus grand déplacement des pistons des pompes ou inversement . Le mouvement vertical des éléments mobiles est mainte -nu rectiligne par des glissières et des paliers inclue dans la présente invention . Une version comporte une tige télescopique à longueur variable selon la marée grace à un dispositif original ainsi qu'un agencement de liai -son entre la tige tdlescopique et les leviers qui sont des éléments de la présente invention La compréhension des divers dispositifs constituant cetta invention sera facilitée par l'examen des dessins ci-inclus .La figure 1 représente en coupe schématique l'ensemble du dispositif dans une de see versions possibles. La figure 2 représente la structure de case cylindrique à claire-voie dans laquelle des éléments mobiles soumis à l'action directe de la houle peuvent se déplacer verticalement ainsi que la coupe do la tige télescopique qui transmet le mouvement aux organes de production de 1 l'air comprimé .On y remarque également les guides de la coupole et le palier inférieur de la tige télescopique La figure 3 représente l'agencement de liaison entre la tige télesco -pique motrice et les pompes à air comprimé. Les figures 4 et 7 représentent les bielettes et étriers de liaison La figure 5 montre en coupe schématique le tube télescopique supe- rieur en position haute avec sa vis creuse reglant l'entrée et la sortie de l'air dans et hors du tube, sa bague de liaison aux leviers des pompes et son palier supérieur La figure 6 représente le dessin des butoirs amortisseurs limitant la course haute et basse de la coupole dans la cage qylindrique à clairevoie .La figure 8 représente un guide de la coupole le long des montants de la cage mentionnée ci-dessus. La figure 9 montre la vis creuse de réglage du débit de 1 air entrant ou sortant de la tige télescopique sur laquelle elle s'adapte La figure 10 montre une vue ouverte d'un palier avec ses graisseurs et les gorges intérieures reliées entre elles par des sillons intermédi- -aires Le dispositif selon l'invention se compose de deux parties princi -pales 1) Une partie fixe immobilisée sur le fond narin en ce qu'elle y est scellée par des moyens connus,à faible profondeur, en un lieu exposé à la houle dont les caractéristiques ont étd préalablement étudiées, à proximité immédiate de la cate et à l'abri des cônes de tempête conne le serait le côté intérieur d'une jetée ou une anse protégée des vents dominants .Cette partie fixe représentée schématiquement sur la figure 1 et par le dessin de la figure -re 2 est constituée par un assemblage de barres métalliques 1 dressées ver; -ticalexent, disposées en cercle à équidistance d'un point intérieur axial et reliées entre elles par des arceaux métalliques intermédiaires 2 assemblés en forme de circonférence, perpendiculairement aux barres verticales et du caté extérieur. L'ensemble a l'aspect original d'une cage cylindrique à claire-voie scellée au fond marin Cette structure permet aux vagues et à la houle de se manifester instantanément à l'intérieur de la cage sans rencontrer d'obstacle . Elle emerge de plusieurs mètres au dessus du niveau de la mer, compte tenu des marées, pour supporter une plate-forme 3 bordée d'une balus -trade, 4 surmontée d'une superstructure ll@et qui porte le méca@@ne d'action des pompes à air comprimé et les pompes elles-mêmes avec leurs accessoires ainsi que les paliers 13 et 14 Sur les barreaux de la cage, servant de guide au déplacement verti -cal de la coupole 6 se trouvent deux butoirs-amortisseurs 7 constitués d'un ou plusiers ressorts à boudin solidaires d'une bague, elle-même fixée d'une façon amovible aux points extrêmes supérieur et inférieur du parcours des glissières 9 de la coupole 6.Ces points sont déterminés par l'amplitude maximale de la houle compte tenu de l'existence du phénomène des marées, et ils limitent ainsi le déplacement des organes mobiles le long des montants de la cage pour éviter de dépasser les positions extrêmes haute et basse de sécurité des bielettes, leviers et pompes, au risque de les briser. Ces butoirs jouent également le r81e d'amortisseur gracie à leurs ressorts et la figure 6 montre que leur niveau de fixation est réglable selon les condi -tions marines, notamment l'amplitude de la houle au lieu considéré ou celle des marées locales . Ainsi l'amplitude des mouvements verticaux des élé- -ments mobiles est limitée par ces butoirs amortisseurs même si occacion- -nellement le niveau de la houle dépasse les limites d'amplitude prévisibles. 2) Â l'intérieur de la cage ci-dessus décrite se trouvent les élé- -ments mobiles qui se composent d'un flotteur libre 5 de forme sphéroïde qui peut être réalisé en résines et fibre de verre ou autre matériau dlas- -tique et resistant de faible poids spécifique; le flotteur a un volume défi -ni pour engendrer une poussée d'Archimède suffisamment élevée pour surmonter l'opposition des masses métalliques qui pèsent sur lui et délivrer de l'énergie en plus .L'avantage du flotteur libre proposé par l'invention est 1 absorption par les mouvements de rotation sur elle-même de la forme sphé- -roïde des forces hydrauliques des vagues et de la houle qui pourraient contrarier le déplacement vertical des éléments mobiles et éventuellement le freiner .Ainsi le flotteur est directement soumis, dans toutes ses posi -tions, aux mouvements ascendants et descendants de la houle qui se manifes -teat dans la cage à claire-soie Un autre élément mobile de l'invention est constitué par une coupole hémisphérique originale 6 coiffant le flotteur libre 5 décrit ci -dessus . portée par le flotteur 5, cette coupole 6 glisse sur les montants métalliques 1 de la cage, visible sur la ligure 2, corme elle le ferait sur des rails au moyen d'un dispositif de guidage par glissières ayant la forme d'une tuile qui s'applique directement sur les montants 1 pour guider à frot -tement doux le mouvement rectiligne vertical de va et vient de la coupole, indépendamment des mouvements de giration éventuels du flotteur libre qui pourraient se produire sous le choc des vagues .Cette coupole 6 est consti -tuée d'un assemblage de lames métalliques entrecroisées, non jointives, donnant b l'ensemble la forme d'une hémisphère à claire-voie bordée à son équateur par une couronne métallique rigide 10 s'appuyant sur les montants verticaux 1 de la cage par l'intermédiaire des glissières 9. La coupole 6 est solidaire d'une tige télescopique originale 8 AH la surmontant qui se compose elle-meme de deux parties: un tube extérieur métallique 8A rivé à la partie supérieur de la coupole 6 au moyen d'une couronne rigide 25; à 1 'intérieur de ce tube peut coulisser un second tube métallique creux concentrique 8B prolongeant le premier pour arriver jusqu' aux superstructures 11 au dessus de la plateforme 3 et transmettre le mou- -vement du flotteur 5 et de la coupole 6 aux bielettes de cornande des leviers actionnant les pompes à air comprimé. Les tubes télescopiques creux contiennent de l'huile et de l'air en proportions déterminées, comme le serait un amortisseur oléo-pneumatique. L'étanchéité entre les deux tubes un est assurée par dispositif du type des segments d'étanchéité 26 Le tube inférieur 8A de la tige télescopique est guidé dans son déplacement vertical par un palier 12 placé dans l'axe de la cage, sous la plateforme 3 et au dessus du point limite haut de la course de la coupole 6. Le tube supérieur 8B de la tige telescopique est guidé à son tour dans son déplacement vertical par un second palier 13 fixé au niveau de la plate forme 3 dans l'axe de la cage puis par un troisième palier 14 placé au sommet des superstructures 11, dans le même axe que les deux autres, assu -rant ainsi un mouvement vertical parfaitement rectiligne au Centre de la cage Les paliers 12, 13 et 14, destinés à guider la tige télescopique dans l'axe de la cage, sont constitués d'un tube cylindrique, métallique ou non, strié de cannelures intérieures en forme de gorges circulaires reliées b un ou plusieurs graisseur. dont l'orifice traverse le tube pour permettre d'injecter une réserve de lubrifiant dans les gorges du palier comme le montre la figure 10 .Les gorges circulaires communiquent antre elles par des sillons intermédiaires conduisant le lubrifiant de l'une à l'autre à l'intérieur du palier Une réalisation différente de la tige télescopique 8 AH selon l'invention est prévue pour s'adapter aux mers où se manifeste le phdno- -mène des marées.En effet, dans un tel cas le niveau de la mer varie, parfois de plusieurs mètres, dans un délai de quelques heures et la tige télescopique doit avoir una longueur qui varie avec le niveau de la mer pour continuer à transmettre le mouvement de la houle Dans ce cas la tige télescopique selon l'invention est constituée d'un tube intérieur 8A relié à la coupole 6 comme indiqué plus haut et dont la longueur est telle que, la coupole étant à son niveau le plus bas du fait de la marée basse, il dépasse le niveau du guide axial formé par le palier 12 situé sous la plate-forme 3 qui permet à la tige télescopique de rester dans l'axe de la cage.C'est également le rôle des butoirs amortisseurs inférieurs 7 d'empêcher le tube télescopique 8d de n' échapper en dessous du palier 12 . Comme le montre la figure 5 la partie supérieure 83 de la tige télescopique creuse est percée d'un ou plusieurs orifices latéraux 15 qui laissent entrer ou sortir de l'air en quantité réglable dans ou hors de la cavité centrale des tubes et cela est obtenu au moyen d'une vie creuse visible sur la figure 9 dont on peut régler le débit en l'enfonçant plus ou moine ou encore au Moyen de deux valve à débit régla- tuile, l'une pour l'entrée, l'autre pour la sortie de l'air selon qu'il existe une surpression ou une dépression dans la cavité intérieure de la tige télescopique partiellement remplie d'huile comme indiqué précédemment Ainsi lorsqu le flot monte, à l'instant où la crète de la vague arrive dans la cage métallique le flotteur 5 se déplace vers le haut et le tube télescopique inférieur 8A transmet ce mouvement vertical ascendant qui comprise l'air contenu dans sa cavité centrale en en chassant une partie par l'orifice à débit réglable 15 de la figure 5 sans empêcher toutefois d'en --trainer à son tour le tube télescopique supérieur 8B qui transmet le mouve- -ment aux pompes puis s'arrate lorsque sa course atteint la limite @upérieure imposée par la position maximale des pistons des pompes . À ce momt le tube télescopique inférieur 8k continuant sa course ascendante cozpriLe encore plus l'air contenu dans la cavité de la tige télescopique et la surpression ainsi créée continue de chasser l'excès d'air ce qui a pour conséquence de diminuer la pressiond'air dans la cavité de la tige télescopique. La longueur totale de la tige télescopique diminue en conséquence .Dans ce cas la posi- -tion des butoirs-amortisseurs supérieurs 7 sen telle que la cloche 6 ne devra arriver à leur contact qutau flot maximum pour obtenir le meilleur rendement Lorsque le flotteur 5 selon le schéma de la figure 1 est à nouveau sollicité vers le bas par le creux de la vague il redescend par son propre poids et la tige télescopique 8A l'accompagne dans son mouvement, entraînée par la coupole 6.Une dépression se crée alors dans la cavité intérieure de la tige télescopique. De l'air extérieur est donc aspiré et entre dans la cavité par l'orifice réglable 15 visible sur la figure 5: la tige s'allonge en conséquence. À son tour le tube télescopique 8B est sollicité par le mou -vement de descente et les pompes b air comprimé entrent dans la phase d'ad -mission , puis le cycle recommence Comme à la marée montante le bilan des déplacements alternatifs du niveau de la mer est en faveur de son élévation, la tige télescopique, dans l'ensemble de ses mouvements de va et vient verticaux, se raccourcit plus qu'elle ne s'allonge et le flotteur est maintenu au niveau de la houle à marée haute À la marée descendante le phénomène inverse se produit et le bilan des déplacements alternatifs de la tige télescopique est en faveur d'un allon- -gement de l'ensemble des deux tubes télescopique de telle sorte que le flotteur reviendra au niveau de la houle à marée basse Ainsi la tige télescopique selon l'invention peut s'allonger ou se raccourcir par petites fractiona au fur et à mesure des variations de niveau de la mer sous l'influence des marées Les longueurs des tubes concentriques 8A et 8B sont calculées de telle manière que dans les positions extrèmes, haute ou basse, du flotteur 5 sous l'influence des marées, le tube supérieur 8B peut glisser dans le tube inférieur 8A sans buter au fond à "arée haute ni se disjoindre par le haut à marée basse . L'étanchéité entre les deux tubes télescopiques est assurée par des segments d'un modèle connu Les figures 1 et 3 montrent que la tige télescopique supérieure 8B commande au moins deux pompes 16 situées sur la plate-forme 3 de part et d'autre de son axe par l'intermédiaire d'un levier Métallique 17 chacune auquel elle est reliée au moyen d'une bague de liaison 18 représentée sur la figure 4 .Le dispositif de liaison entre la bague 18 et les leviers 17 est constitué d'une bielette 19 qui s'articule sur la bague 18 au moyen de deux étriers de fixation 20 vissas de part et d'autre de la bielette qui comporte un filetage permettant ainsi d'en faire varier la longueur à la demande comme on peut le voir sur les figures 4 et 7 . À l'autre extrémité le levier 17 est relié de la même manière aux pistons des pompes 16 qu'il actionne La figure 3 montre le levier intermédiaire 17 qui est fixé sur les superstructure 11 de la plate-forme 3 par un axe 21 autour duquel il pivote. Ce levier comporte plusieurs orifices de fixation sur sa longueur permettant ainsi de faire varier la position de son axe 21 autour duquel il pivote de telle façon que le déplacement alternatif des pistons de chaque pompe peut être, b volonté, un maltipleou une fraction du mouvement ascendant et deacen- -dant du flotteur libre selon les conditions marines . Le réglage du dispo -sitif de l'invention se fera en fonction de l'importance de l'amplitude de la houle au lieu considéré dans le souci d'obtenir un rendement optimum En outre on constate que la direction du mouvement des pistons des pompes 16 est l'inverse de celle du mouvement du flotteur 5 en conséquence de l'action du levier intermédiaire 17 .Cela permet de réduire le poids des masses qui pèsent sur le flotteur 5. De plus il est prévu dans l'invention un contrepoids 22, visible sur la figure 1, placé à l'extrémité du levier 17 du c8td des pompes 16; cela permet de compenser davantage encore, si besoin est, l'action inverse de au poida de la coupole 6 et des parties mobiles qui la surmontent sur le flottour 5 Chaque pompe 16 possède son propre filtre à air 23 pour épurer l'air admis des embruns et l'assécher autant que faire se peut L'air comprimé produit est dirigé par un conduit souple 24 vers la côte où il est emmagasiné dans des reservoirs classiques de modèle connu. L'air comprimé ainsi accumulé peut avoir diverses applications dont la plus évidente sera d'actionner des turbines couplées h des générateurs d'4lectri- -cité . Ainsi le dispositif selon l'invention peut alimenter en courant électrique une île peu accessible, une plate-forme de forage en mer, un phare, une usine située sur la côte ou plus oimpleaent être relié au réseau . Enfin l'air comprimé peut être stocké en récipients métalliques pour être transporté On observera que la poussée d'Archimède engendrée par un flot -teur sphéroïde correspondant à une sphère de 2 mètres de rayon peut développer une force verticale équivalant k une masse de 33 tonnes environ, suffisante pour actionner l'ensemble du dispositif de l'invention présem- -tée ici, cela dans des conditions de rendement très valables REVENDICATIONS 1.Dispositif utilisant l'4.nergie de la houle marine pour la produc -tion d'air comprime à l'aide de pompes actionnées par le mouvement d'un flot -teur placé au centre d'une installation fixe à proximité des côtes Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il compo -te une structure partiellement immergée constituée par un assemblage de barres métalliques 1 dressées verticalement, disposées en cercle et reliées entre elles par des arceaux métalliques 2 intermédiaires assemblés en forme de circonférence, perpendiculairement aux barres verticales, du côté extérieur, pour donner à l'ensemble l'aspect d'une cage cylindrique à claire-voie sup -portant une plate-forme 3 et scelle sur le fond de la mer à faible profon -deur, à l'interieur de laquelle des éléments mobiles guidés par des glissiè- -res et des paliers captent l'énergie de la houle marine pour la transmettre à des pompes génératrices d'air comprime par l'intermédiaire d'un agencement de liaison . 2. Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendica -tion 1, caractérisé en ce qu'il comporte une plate-forme 3 bordée par une balustrade 4, supportant un bati métallique appelé superstructures 11 munie de paliers 13 et 14 destinés à guider au niveau de la plate-forme 3 et au niveau des superstructures 11 une tige télescopique 8 AB commandant les pompes à air comprimé 16 . Cette plate-forme qui doit se trouver au dessus du plus haut niveau de la mer repoee sur les éléments métalliques verticaux constituant la cage cylindrique 3.Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un flotteur libre 5 de forme sphéroïde réalisé en matériau synthétique à armature rigide, semi-rigide ou élastique, de faible poids spécifique, destiné à engendrer une poussée d'Archimède sous l'action de la houle marine suffisamment élevée pour délivrer de l'énergie au sein de la cage cylindrique 4. Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte une coupole hémisphérique 6 constituée d'un assemblege de laies métalliques entrecroisées, non jointives, cordée par une couronne métallique rigide 25. Cette coupole repose sur le flotteur 5 et s'appuie sur les montant verticaux 1 de la cage par l'intermédiaire des glissières 9 5.Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'vil est muai de glissières 9 métalliques ou non, chacune ayant la forme d'un parall@ié- -pipède dont une face serait évidée en forme de tuile hémicylindrique, pre@@t appui le long des montants de la cage et solidaires de la couronne 25 à la base de la coupole 6 pour en assurer le déplacement rectiligne à l'intérieur ds la cage 6.Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication 1 caractérisa en ce qu'il comporte une tige télescopique constituée dau moins deux tubes concentriques, fixée au so-et de la coupole 6, tige partiellement remplie d'huile minérale et d'air, rendue étanche par des ségments d'étanchéité et glissant à travers desp@liers 12, 13, 14 disposés le long de l'aie de la cage cylindrique et dans son prolongezent. Cette tige transmet le mouvement de la houle aux pompes en jouant également le rôle d'amortisseur. 7. Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendic & -tion 1 caractérisé en ce qu'il coaporte une tige télescopique qui, pour s'ada- -pter aux changements de niveau de la wer dus aux marées, présente sur sa partie supérieure un ou plusieurs orifices latéraux 15 permettant à l'air atmosphérique d'entrer ou de sortir de l'intérieur de la tige en quantité définie par un réglage au Moyen d'une vis creuse dont on peut régler le débit en l'enfonçait plus ou moins ou encore au moyen de valvea à débit réglable, pour.permettre à l'air atmosphérique d'entrer ou de sortir dans ou hors de la cavité centrale des tubes, modifiant ainsi la longueur totale de la tige selon la pression de l'air qu'elle contient. 8. Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte us moyen de fixation articulé des leviers 17 sur la partie supérieure de la tige télescopique 8B constitué d'une bague métallique 18 rendue solidaire de la tige par deux vis diamétralement opposées qui la traversent et portant sur un axe latéral des étriers de fixation 20 vissés aux deux extrémitds d'une bielette de liaison 19 ainsi articulée sur les leviers de commande des pompes 16 . Les biellettes comportent un pas de vis permettant de faire varier leur longueur 9.Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des butoirs amortisseurs constitués d'un ou plusieurs ressorts à boudin solidaires d'une bague cylindrique, elle-même fixée d'une façon amovible sur les montants de la cage 1 au moyen de vis dia -métralement opposées, cela en des points limitant aux extrémités supérieure et inférieure le parcours des glissières 9 de la coupole 6 10. Dispositif utilisant l'énergie de la houle selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte des paliers 12, 19 , 14 destinés à guider la tige télescopique 8 AB d@ns l'axe de la cage, constitués d'un tube cylin -drique strié intérieurement de gorges ou cannelures circulaires (ìg. 10) reliées à un ou plusieurs graisseurs dont l'orifice traverse le tube, chaque gorge étant reliée à sa voisine par un sillon intermédiaire destiné à con -duire le lubrifiant de l'une à l'autre à l'intérieur du palier 11. Dispositif selon la reveadication 7 caractérisé on ce qu'il comporte sur la tige télescopique creuse 8 B dans sa version munie d'un orifice laté ral 15 une vis creuse (fig. 9) percée d'une entre au niveau du pas de vis et dont l'enfoncement détermine l'ouverture plus ou moins grande de cet orifice 15 pour modifier automatiquement la longueur totale de la lige téles- -copique suivait la marée 12. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce qu'il colporte sur la tige télescopique creuse 8 B dans sa version munie d'un ou de plusieurs orifices latéraux des valves unidirectionnelles réglait l'entrée et la sortie de l'air atmosphérique dans ou hors de la cavité intérieure des tubes pour modifier automatiquement la longueur totale de la tige télescopique suivant la marée .