Brevet FR2511088A1 — publié le 19830211

Cette invention concerne une machine de conversion d'énergie, adaptée à la conversion de l'énergie des vagues d'une masse liquide en une forme d'énergie plus facilement utilisable L'invention concer- ne notamment l'utilisation d'un dispositif ayant la forme d'une poche souple tout particulièrement conçu pour obtenir de bonnes caractéris- tiques de conversion d'énergie. La poche souple est, par principe, située sur un côté d'un organe de réaction, appelé "arête" dans cet exposé, contre lequel s'exerce la force des vagues La poche souple est située entre l'organe de réaction et les vagues incidentes, de sorte qu'elle est cycliquement comprimée et détendue On utilise cette compression et cette détente cyclique pour pomper un fluide, tel que de l'air, à l'intérieur de la poche afin d'entraîner une source d'énergie telle qu'une turbine. La présente invention concerne la conception de la poche dans un tel système, et bien que, dans la description, on n'a décrit que des poches individuelles l'arête peut, en pratique, porter plusieurs de ces poches hydrauliquement reliées ensemble. La conception de la poche et son montage sur l'organe de réaction sont, comme on le remarquera, extrêmement importants et critiques La poche devant travailler un très grand nombre de fois, et quelles que soient les conditions, il est important qu'elle soit conçue sans zone de fortes contraintes et qu'il n'y ait également qu'un contact abrasif aussi faible que possible entre elle et l'arê- te, cette dernière étant généralement construite en béton. Conformément à l'invention, il est prévu, pour la machine de conversion d'énergie mentionnée ci-dessus, une poche souple qui est fixée par rapport à l'arête sur ou le long du bord inférieur de celle-ci, les faces avant et arrière de la poche se situant à partir de ce bord arrière avec la face avant faisant face aux vagues incidentes et la face arrière face à l'arête, la face arrière étant suffisamment dégagée de l'arête pour que, en service, l'eau de la masse d'eau puisse passer entre elle et la surface de l'arête, la maintenant hors de contact avec cette arête, si bien que, lors d'une compression de la poche sous l'effet d'une vague incidente heurtant la face avant, le fluide dans la poche est éjecté vers le haut par réaction du volume d'eau situé entre la face arrière et l'arête, ce volume d'eau s'étendant en hauteur au lieu d'être expulsé des bords 2 2511088 de la poche, et cette dernière comportant, à sa partie supérieure, des moyens de passage d'accouplement pour l'expulsion du fluide qu'elle contient et pour que du fluide puisse y pénétrer, de sorte que le déplacement du fluide puisse être utilisé pour entraîner une source d'énergie appropriée. De préférence, il est prévu un passage commun à l'extrémité supérieure de la poche souple, lequel est utilisé comme entrée et comme sortie, de sorte que ce passage peut être couplé avec un conduit contenant une turbine unidirectionnelle à redressement automa- tique, telle que celle décrite dans la demande de brevet GB 82 16727 pour alimenter un arbre en énergie sous l'effet de la circulation dans les deux sens du fluide du conduit, ce fluide étant entraîné par les compressions et les détentes de la poche souple soumise à la force des vagues. De préférence, le passage unique est situé en une position telle que la poche est pliée au minimum lors de la compression et de la détente, et, à cette fin, le passage se situe à l'un des coins supérieurs de cette poche avec un passage fictif à l'autre coin, si bien que l'on supprime le besoin de fabriquer des coins supérieurs en matériau de poche souple, ces coins supérieurs fabriqués constituant des zones de déchirures potentielles en service du fait que le matériau à leur niveau se plie ou tend à se plier. Le passage d'entrée et sortie peut être formé par un conduit qui se prolonge par un module fait d'un manchon contenant une turbine unidirectionnelle, le manchon étant couplé à un distributeur inté- rieur à l'arête Lorsqu'existent deux de ces passages, le second passage (fictif) peut être constitué par un conduit rigide, mais fermé Les coins de la poche sont fabriqués sous la forme de conduits de section circulaire, de sorte qu'on évite que le matériau de la poche ne se plie en service. Le module et la poche peuvent être situés à l'extérieur de l'arête et peuvent être amovibles pour l'entretien et le remplacement. De préférence, plusieurs poches sont prévues, chacune étant as- sociée à son propre module, et chacune communiquant par l'intermé- diaire de son module avec le distributeur formé par l'arête. Chaque poche se compose de préférence d'un panneau avant et d'un panneau arrière, qui sont assemblés au niveau du bord inférieur de la poche, avec des flancs de forme semi-coniques et une partie 3 2511088 supérieure de forme semi-cylindrique, les passages étant raccordés à la poche, au niveau des coins, le haut des flancs et les extrémités de la partie supérieure étant enroulés autour des conduits formant les passages Les conduits peuvent être rigides ou constitués par le même matériau souple que celui de la poche. Selon une variante, la poche souple peut être maintenue en posi- tion suspendue par montage sur un support relié aux coins supérieurs de la poche et monté sur l'arête Le support peut être construit de manière à être réglable et, par un réglage approprié, paut être positionné de telle sorte que la face arrière de la poche soit maintenue hors de contact avec l'arête, pendant le fonctionnement, pour des vagues de force normale. Dans cette variante, la poche peut avoir la forme générale d'un polochon, avec un des bords longs formant le bord inférieur précité, et avec, au centre du bord long formant le bord supérieur, une entrée -sortie commune intégrée faite du même matériau souple que celui utilisé pour les faces avant et arrière de la poche. Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus claire- ment à la lecture de la description faite en relation avec les dessins joints parmi lesquels: la Fig 1, est une vue latérale d'une poche souple et une partie de l'arête d'une machine de conversion d'énergie, suivant l'invention, les Figs 2 à 4, sont respectivement une coupe en élévation latérale selon la ligne A-A de la Fig 1, une vue en plan de la partie de la machine de la Fig 1, et une vue en coupe fragmentaire selon la ligne B-B de la Fig 1, la Fig 5 est une vue schématique en perspective d'une partie d'arête avec deux poches souples conformes à l'invention, et montées suivant l'invention, et la Fig 6, est une vue schématique en coupe de l'une des poches souples représentées à la Fig 6, la coupe étant faite selon la ligne II-II de cette dernière. Dans les Figs 1 à 4, on a représenté un élément creux et allon- gé en béton 10, ci-après désigné par "arête", qui sert de structure de support à un certain nombre de poches souples 12, lesquelles sont remplies d'air, une seule poche étant représentée La forme générale 4 2511088 des poches 12 est celle d'un coussin dont la grande dimension est parallèle à la longueur de l'arête, le bord inférieur 14 de chaque poche étant raccordé au bord inférieur 16 de l'arête 10, comme le montre la Fig 2 Chaque poche 12 se compose d'un panneau avant 18 et d'un panneau arrière 20, assemblés par des flancs semi-coniques 22 et une partie supérieure semi-cylindrique 24, afin de former une encein- te pour le fluide de pompage qui, dans l'exemple décrit, est de l'air Les panneaux peuvent cousus ensemble ou assemblés d'une autre façon, ou en variante, la totalité d'une poche peut être moulée en une seule pièce. Cette réalisation conforme à l'invention est avantageuse en ce qui concerne les coins 26 d'une poche 12 et leur raccordement à des conduits rigides 28 Les conduits 28 en forme de L, comme le montre la vue latérale de la Fig 1, comportent une sortie 30 couplée à un module turbine-générateur 32, qui contient une turbine unidirection- nelle à redressement automatique, par exemple du type décrit dans la demande de brevet GB 82 16272, un tuyau coudé 34 raccordant le module 32 à une cavité 36 constitué par l'intérieur de la arête 10 -En fait, la cavité 36 constitue un distributeur commun de couplage hydrodyna- mique des parties internes des poches 12, par l'intermédiaire des modules turbine-générateur associés. Dans les zones 26 des coins d'une poche 12 qui sont raccordés aux conduits rigides 28, se trouvent face à face l'extrémité d'un flanc semi- conique et l'extrémité d'une partie semi-cylindrique, et, si le conduit est placé et dimensionné de manière appropriée, ce flanc 22 et cette partie semi-cylindrique 24 peuvent être enroulées autour du conduit 28 avec un minimum de contraintes pour le tissu souple de la poche 12, si bien que, en service, quand la poche travaille, le matériau souple qui la constitue ne forme ni fronces, ni plis dans la zone 26, ce qui est généralement un problème lors de la conception d'une poche De manière appropriée, on fera en sorte que le conduit 28 s'adapte au coin de poche sous un angle tel que la coupe du flanc 22 et de la partie 24, à l'intersection, soit un demi-cercle ou pratiquement un demi-cercle, afin que les extrémitésde ce flanc et de cette partie puissent être enroulées sans contrainte ou avec un minimum de contraintes sur le conduit de section circu- laire et de diamètre correspondant Si le coin a tendance à se froncer lorsque la machine est en service, cette tendance peut être réduite grâce à la souplesse du tissu, en étirant légèrement ce dernier au niveau du coin autour du conduit rigide. Chaque poche 12 devant être associée à son propre module turbinegénérateur 32, l'une des sorties sur l'un des coins sera, en fait, une sortie fictive et sera bloquée au moyen, par exemple, d'une- plaque de blocage. Les conduits 28 des coins d'une poche 12 assurent un certain nombre de fonctions, y compris celle de support de la poche souple 12, écartée de l'arête 10, comme le montre la Fig 2, de manière qu'il n'y ait aucun contact abrasif entre le panneau arrière 20 de la poche et la surface latérale 40 de l'arête, notamment quand, en fonctionnement, la poche est cycliquement comprimée et détendue Par ailleurs, l'utilisation de conduits de support rigides permet de placer les modules 32 à l'extérieur de l'arête 10 (contrairement aux réalisations montrées aux Figs 5 et 6), et ces modules peuvent être facilement démontés et remplacés, ce qui simplifie considérablement l'entretien de la machine Jusque là, on avait toujours pensé qu'il était nécessaire de placer l'unité de transformation d'énergie et la machine motrice, telle que l'unité générateur à turbine, à l'inté- rieur de l'arête pour des raisons de protection. Bien qu'il soit souhaitable d'utiliser des conduits rigides pour coupler les coins d'une poche, on doit souligner que cela n'est pas nécessaire et que l'on peut utiliser des conduits souples On obtient également des résultats intéressants avec des conduits sou- ples du fait que, par la présence de ces conduits au niveau des coins, on limite ou empêche la formation de fronces à cet endroit. En fonctionnement, la machine sera, bien entendu, placée dans une masse liquide agitée par -des vagues de sorte que l'approche des vagues se fasse dans le sens défini par la flèche 41, Fig 2 Les poches sont remplies d'air à une pression prédéterminée qui leur permet de prendre la forme particulière représentée à la Fig 2 Les poches 12 sont séparées les unes des autres par un intervalle 42, Fig 1, et donc une partie de l'eau de la masse liquide passe derrière chaque poche dans la zone 44, Fig 2 Quand une vague incidente vient heurter la poche, celle-ci s'aplatit et prend la forme représentée par la ligne 43, en traits tirets, Fig 2, l'air étant donc expulsé de la poche par la sortie 28, vers l'intérieur de l'arête en passant par le module turbine-générateur associé Le 6 2511088 mouvement de l'air dans le module 32 entraîne la rotation de la turbine qui, à son tour, entraîne le générateur qui fournit de l'énergie électrique Quand la vague se retire et que la poche reprend la forme représentée en traits pleins à la Fig 2, de l'air est ré-introduit ou injecté (par d'autres poches débouchant dans l'arête) dans la poche, la turbine étant de nouveau entraînée dans le même sens puisqu'elle est unidirectionnelle, en maintenant la géné- ration d'énergie électrique. Les pochent se vident dans l'arête et se remplissent à partir de celle-ci, cycliquement, en synchronisme avec le mouvement des vagues et, les vagues étant inévitablement déphasées sur la longueur de l'arête, certaines poches, à un moment donné, éjectent de l'air vers le distributeur alors que d'autres en soutirent, mais le résu- ltat global en sera la production collective d'énergie électrique par les modules 32. A la Fig 4, la vue, suivant les flèches B-B, Fig 1, montre comment un flanc et un dessus de poche s'enroulent autour du conduit avec un minimum de contraintes. Cette réalisation, conforme à l'invention, présente l'avantage important que l'on peut fabriquer chaque poche à partir de pièces plates en matériau souple, sans nécessiter de pièces courbes préfor- mées Plus précisément, le dessus ou partie supérieure semi-cylindri- que et les flancs semi-coniques peuvent être découpés dans un maté- riau plat et mince, de même que les panneaux avant et arrière de la poche Mais pour des dimensions plus grandes de poche, il peut être souhaitable d'éviter la formation de joints et de mouler les poche en une seule pièce à partir d'un tissu renforcé par des fibres. Les conduits peuvent être en acier et former les seuls points d'ancrage supérieurs pour la poche, cette dernière étant maintenue au niveau de points de plus faible contrainte au cours d'un cycle de fonctionnement. On se reportera maintenant aux Figs 5 et 6 o l'on a repré- senté en 110 une arête allongée devant être placée dans une masse d'eau telle que la mer Pratiquement, l'arête peut avoir 15 m de hauteur et 10 m de largeur et paut être conçue pour flotter, supportée par la mer, ou encore peut être montée en position fixe grâce à des moyens de support appropriés eux-mêmes fixés aufond de la mer L'arête représentée a une section verticale sensiblement 251 1088 rectangulaire et ses grands c 8 tés verticaux Sur la face verticale qui se trouve exposée aux vagues incidentes, dont le sens du mouve- ment est indiqué par la flèche 112, sont montées plusieurs poches souples indépendantes 114 qui ont sensiblement la forme d'un oreiller ou d'un polochon et qui comportent chacune (Fig 6) une face avant 118 et une face arrière 120 Le bord inférieur 122 des poches est fermement fixé sur le bord inférieur de l'arête comme représenté. Quant au bord supérieur des poches, il est prolongé, en son centre, par un tube unique d'entrée-sortie 123 qui se raccorde à un conduit 124 intérieur à l'arête, le conduit 124 contenant une turbine unidi- rectionnelle à redressement automatique 126 qui peut être du type décrit dans la demande de brevet GB 82 16727, déjà mentionnée Le conduit 124 débouche dans un distributeur commun 127 La poche est en matériau souple, en caoutchouc renforcé par exemple, et le tube 123 formé avec cette poche est constitué par le même matériau. Le principe de fonctionnement est très simple et analogue à celui décrit pour la réalisation des Figs 1 à 4 Les vagues heurtent les poches souples 114 et les compriment, d'o expulsion du fluide contenu dans ces poches (de l'air généralement) L'air expulsé passe par le tube 123, le conduits 124 et entraîne le turbine 126, produisant de l'énergie mécanique qui est transformée en énergie électrique par des moyens appropriés de transformation électrique accouplés à l'arbre de la turbine Lorsque la vague se retire, de l'air est ré-introduit ou injecté (du fait du couplage hydraulique de toutes les poches) dans ces poches, entraînant la turbine 126 qui poursuit sa rotation dans le même sens étant donné sa conception, à partir du distributeur commun 127 intérieur à l'arête, lequel distri- buteur raccorde toutes les poches souples. Cette réalisation constitue une variante de réalisation de la poche et de son montage. On remarquera que la poche 114 n'est fixée sur l'arête qu'au niveau de son bord inférieur, et que la face arrière 120 ne vient en contact avec la surface de l'arête que dans les plus mauvaises condi- tions, alors qu'elle est maintenue hors de contact avec cette surface dans des conditions normales grâce à une mise en place appropriée d'un support 130 du bord supérieur de la poche Le support 130 comporte des entretoises de support 132 et 134 qui sont montées pivotantes aux points 132 A et 134 A sur l'arête, et dont la longueur 8 2511088 peut être réglée pour placer le bord supérieur de la poche 114 en une position statique qui éloigne cette poche de la face de réaction de l'arête Les entretoises supportent des tiges 136 qui sont fixées aux coins du dessus de poche Les entretoises 132 et 134 sont raccordées par un bloc de raccordement à coulisse 135. Lors des essais d'un modèle conforme à ce qui vient d'être dé- crit, on a observé que de l'eau se trouvait entre la face arrière 120 de la poche et la face avant de l'arête Lorsqu'une vague incidente vient heurter la face avant 118 de la poche 114, les deux faces avant et arrière de cette poches sont repoussées l'une vers l'autre par les volumes d'eau se situant de part et d'autre de la poche, le volume d'eau situé entre l'arête et la face arrière agissant essentiellement comme de l'eau stagnante dont le niveau monte et baisse simplement lorsque la poche est comprimée et se détend. On a représenté en traits tirets, à la Fig 6, la forme que prend la poche lorsqu'elle est comprimée au maximum, et en traits pleins la forme de cette poche en position de détente maximale. Lorsque la machine est mise en service, le distributeur commun 127 est mis intérieurement sous pression somme on l'a décrit pour l'a- gencement de la Fig 1, de sorte que les poches sont également sous pression à un niveau prédéterminé qui est adapté à la force des vagues que l'on suppose normale dans la masse liquide o la machine sera placée. 9 2511088 REVENDICATIONS 1) Poche souple ( 12, 114) pour machine de conversion de l'éner- gie des vagues d'une masse liquide en énergie notamment électrique, caractérisée en ce qu'elle est adaptée pour être fixée au niveau ou le long du bord inférieur ( 14, 122) d'une arête fixe ou flottante ( 16, 110) , les faces avant ( 18, 118) et arrière ( 20, 120) de la poche se situant dans le prolongement de ce bord inférieur avec la face avant exposée aux vagues incidentes et la face arrière en regard de l'arête, la face arrière étant suffisamment dégagée de l'arête pour que, en service, une partie de la masse liquide se situe entre la face arrière et l'arête en maintenant cette face arrière hors de contact avec l'arête, de sorte que, lorsque la poche est comprimée par une incidente heurtant sa face avant, le fluide que contient cette poche est expulsé par réaction du volume liquide situé entre la face arrière et l'arête, ce volume liquide s'accroissant en hauteur plutôt que de donner lieu à une expulsion au niveau des bords de la poche, cette dernière comportant, à sa partie supérieure, des moyens de passage d'accouplement ( 28, 123) pour l'expulsion du fluide qu'elle contient et pour que du fluide puisse y pénétrer, de sorte que le déplacement du fluide peut être utilisé pour entraîner une machine motrice appropriée ( 126). 2) Poche souple selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est associée à un passage commun ( 28, 123) monté à son extrémité supérieure, lequel est utilisé comme entrée et comme sor- tie, de sorte que ce passage peut être accouplé avec un conduit ( 32, 124) contenant une turbine unidirectionnelle ( 126), pour alimenter un arbre en énergie sous l'effet de la circulation dans les deux sens du fluide dans ce conduit, ce fluide étant entraîné par compression et détente de la poche soumise à la force des vagues. 3) Poche souple selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle a la forme d'un oreiller rectangulaire et est montée en service de telle sorte que sa plus grande dimension est horizontale. 4) Poche souple selon la revendication 3, caractérisée en ce que le passage commun ( 28) est situé à l'un des coins supérieurs de la poche. 5) Poche souple selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle est associée à un passage fictif ( 28, 38) situé à l'autre 2511088 coin supérieur de la poche. 6) Poche souple selon la revendication 4 et 5, caractérisée en qu'elle est formée par des panneaux avant ( 18) et arrière ( 20) assem- blés l'un à l'autre à la partie inférieure de cette poche, assemblés latéralement par des flancs semi-coniques ( 22) dont les sommets se trouvent à la partie inférieure de la poche et assemblés par un dessus semi-cylindrique ( 24) à la partie supérieure de la poche, le passage commun ( 28) ou l'un et l'autre des passages commun ( 28) et fictif ( 28, 38) étant constitués par un tube rigide semi-cylindrique et l'extrémité adjacente de plus grand diamètre d'un flanc semi-coni- que. 7) Système de transformation d'énergie comportant une arête de réaction ( 16, 110) et une ou plusieurs poches soup Aes ( 12, 114) selon 1 'une des revendications précédentes, lesquelles sont montées sur l'arête, caractérisé en ce que chaque poche est montée sur la face de l'arête qui l'expose à l'influence de vagues agitant une masse liquide dans laquelle le sytéme est placé, le système comportant des moyens de transformation ( 126) pour convertir le déplacement d'un fluide vers et depuis chaque poche en une forme d'énergie plus facilement utilisable. 8) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de transformation se composent d'un module remplaçable ( 32, 124) pour la ou par poche située à l'extérieur de l'arête, ce module étant accouplé au passage commun ( 28, 123) correspondant de la ou de chaque poche. 9) Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ou chaque module comporte une turbine unidirectionnelle ( 126) montée dans un conduit dont une extrémité est accouplée au passage commun correspondant ( 28, 123) de la ou des poches, et dont l'autre extré- mité est accouplée à une enceinte ( 36, 127) intérieure à l'arête, cette enceinte étant commune à toutes les poches dans le cas d'un système à plusieurs poches. ) Système selon la revendication 8 ou 9, carectérisé en ce qu'il comporte deux ou plusieurs poches selon la revendication 6, le passage commun d'une poche étant adjacent au passage fictif de la poche adjacente, et les deux passages étant formés par un même tube en forme de L ( 28) dont une branche contient une plaque de blocage il 2511088 ( 38) pour former le passage fictif et dont l'autre branche débouche ( 30) sur le module associé ( 32). 11) Poche souple pour système de transformation de l'énergie des vagues d'une masse liquide en énergie notamment électrique, caractérisée en ce que cette poche souple ( 12, 114) peut se dégonfler en expulsant le fluide qu'elle contient et est montée sur un c 8 té d'une arête ( 16, 110) fixe ou flottante dans la masse liquide, de telle sorte qu'elle soit hors de tout contact abrasif avec cette arête lorsqu'elle se dégonfle ou se dilate sous l'influence des vagues agitant la masse liquide. b