Brevet FR2781619A1 — publié le 20000128

GROUPE ELECTROGENE DE SECOURS A AIR COMPRIME L'invention concerne un groupe électrogène de secours fonctionnant avec de l'air comprimé. Les groupes électrogènes actuels comportent pour la plupart un alternateur chargé de produire de l'électricité lors de leur fonctionnement, entraîné par un moteur thermique à essence diesel ou autre gaz. Ces moteurs sont particulièrement bruyants et polluants et consomment une énergie coûteuse qu'il convient de réapprovisionner fréquemment. L'auteur a déposé de nombreuses demandes de brevets publiées, WO 96/27737, WO 97/48884, WO 98/12062, WO 98/15440, concernant l'utilisation de l'air comprimé comme stockage d'énergie notamment pour l'entraînement de moteurs de véhicules ou autres utilisations Le groupe électrogène selon l'invention propose de résoudre les problèmes liés à l'alimentation en carburant des groupes électrogènes en utilisant pour son fonctionnement de l'air comprimé, il comprend un moteur à air comprimé réversible pouvant fonctionner soit en moteur soit en compresseur - moto-compresseur à air comprimé- entraîné par, ou entraînant un moteur électrique également réversible et pouvant fonctionner en alternateur -moto-alternateur-. Lors de son fonctionnement, le moto-alternateur, en mode moteur électrique, qui reçoit son énergie d'un réseau électrique par exemple celui de la ville, tourne en entraînant le moto-compresseur à air comprimé alors en mode compresseur qui remplit, et maintient plein, un ou plusieurs réservoirs d'air comprimé à haute pression par exemple 200 bars. Lors d'une coupure d'alimentation électrique, par exemple lors d'une panne de réseau, le moto- compresseur est automatiquement commuté en mode moteur et, alimenté en énergie par l'air comprimé contenu dans le ou les réservoirs de stockage, il entraîne le moto- alternateur tout aussi automatiquement commuté en mode alternateur pour fournir de l'électricité. Le passage d'un mode de fonctionnement à l'autre est dévolu à un dispositif électromécanique, électronique ou autres. Préférentiellement, le groupe électrogène de secours selon l'invention comporte un système de récupération d'énergie thermique ambiante tel que décrit par l'auteur dans sa demande de brevet Nr FR 9700851, o l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage sous très haute pression, par exemple 200 bars, et à température ambiante, par exemple 20 degrés C, préalablement à son utilisation finale dans le moto- compresseur, à une pression inférieure par exemple 30 bars, est détendu à une pression proche de celle nécessaire à son utilisation finale, dans un système à volume variable, par exemple un piston dans un cylindre, produisant un travail qui peut être récupéré et utilisé par tous moyens connus, mécanique, électrique, hydraulique ou autre. Cette détente avec travail a pour conséquence de refroidir à très basse température, par exemple moins 100 C, I'air comprimé détendu à une pression proche de celle d'utilisation. Cet air comprimé détendu à sa pression d'utilisation, et à très basse température est ensuite envoyé dans un échangeur avec l'air ambiant, va se réchauffer jusqu'à une température proche de la température ambiante, et va augmenter ainsi sa pression et/ou son volume, en récupérant de l'énergie thermique empruntée à l'atmosphère. Encore préférentiellement le procédé de fonctionnement de moteur selon l'invention comporte un système de réchauffage thermique tel que décrit par l'auteur dans sa demande de Brevet FR 9800877, o il propose une solution qui permet d'augmenter la quantité d'énergie utilisable et disponible caractérisée par le fait que l'air comprimé, avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion du moteur, provenant du réservoir de stockage, soit directement, soit après son passage dans l'échangeur thermique air air et avant son introduction dans la chambre de combustion est canalisé dans un réchauffeur thermique o il va augmenter encore de pression et/ou de volume avant son introduction dans la chambre de combustion et/ou d'expansion, augmentant encore ainsi considérablement les performances. Dans le cas o le groupe électrogène de secours est utilisé dans des bâtiments recevant du gaz de ville, le réchauffeur thermique peut avantageusement être alimenté par ledit gaz de ville. Le groupe électrogène de secours selon l'invention peut être installé en poste fixe dans des bâtiments ou autres logements privés. Il peut également équiper un groupe mobile qui sera alimenté en électricité et verra ses réservoirs remplis avant d'être utilisé sur des sites extérieurs. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, à titre non limitatif, de plusieurs modes de réalisation, faite en regard des dessins annexés o: La figure unique représente un schémas synoptique de fonctionnement du groupe électrogène selon l'invention o le moto-alternateur électrique 1 alimenté par le réseau électrique par un cable électrique 2 ou alimentant le réseau électrique par un cable électrique 3 entraînant, ou étant entraîné à travers une transmission 4, (par) le moto-compresseur 5 qui en fonction compresseur remplit un réservoir de stockage haute pression 6 par un conduit 7 et qui en mode moteur à air comprimé reçoit du réservoir de stockage 6 de l'air comprimé préalablement détendu, avec travail, dans un dispositif à volume variable permettant d'abaisser considérablement la température de l'air détendu à une pression sensiblement équivalente à la pression de travail du moto-compresseur la détente avec travail de l'air comprimé haute pression stocké dans le réservoir 6 est réalisé dans un ensemble bielle 53 et piston de travail 54, attelé directement à un vilebrequin 18C relié au vilebrequin moteur 18 par une transmission 21A. Ce piston 54 coulisse dans un cylindre borgne 55 et détermine une chambre de travail 35 dans laquelle débouche d'une part un conduit d'admission d'air haute pression 37 dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par une électrovanne 38, et d'autre part un conduit d'échappement 39 relié à un échangeur thermique air air ou radiateur 41 lui- même relié par un conduit 42 à une capacité tampon à pression finale d'utilisation quasi constante 43. Lors du fonctionnement lorsque le piston de travail 54 est à son point mort haut, l'électrovanne 38 est ouverte puis refermée afin d'admettre une charge d'air I0 comprimé très haute pression qui va se détendre en repoussant le piston 54 jusqu'à son point mort bas, fournir un travail, et entraîner par l'intermédiaire de la bielle 53 le vilebrequin 18C et à travers la transmission 21A le vilebrequin du motocompresseur 18. Lors de la course de remontée du piston 54, 1'électrovanne d'échappement 40 est alors ouverte et l'air comprimé sensiblement détendu à pression d'utilisation, et à très basse température contenu dans la chambre de travail est refoulé (selon le sens de la flèche F) dans l'échangeur air air ou radiateur 41. Cet air va ainsi se réchauffer jusqu'à une température proche de l'ambiante et augmenter de volume en rejoignant la capacité tampon 43 en ayant récupéré une quantité d'énergie non négligeable dans l'atmosphère. Entre l'échangeur air air 41 et la capacité tampon 43, sur le conduit 42 est également implanté un réchauffeur thermique 56, constitué de brûleurs 57 qui vont augmenter considérablement la température et donc la pression et/ou le volume de l'air comprimé en provenance (selon le sens des flèches F) de l'échangeur air air 41 lors de son passage dans le serpentin d'échange 58. Les modes de commutations, les types de moto-alternateur et de moto- compresseur, la conception des réservoirs de stockage et leur volume peuvent bien entendu utiliser des procédés connus ou non sans pour autant changer le principe de l'invention qui vient d'être décrite. REVENDICATIONS 1.- Groupe électrogène de secours fonctionnant avec des réserves d'air comprimé caractérisé en ce que le moteur à air comprimé est réversible et fonctionne soit en mode moteur à air comprimé soit en mode compresseur d'air comprimé - moto- compresseur à air comprimé (5)- entraîné par, ou entraînant, un moteur électrique également réversible qui peut fonctionner en alternateur -moto-alternateur (1)- dans lequel, lors du fonctionnement, le moto-altemateur en mode moteur électrique qui reçoit son énergie d'un réseau électrique, tourne en entraînant le moto- compresseur à air comprimé, fonctionnant en mode compresseur, qui remplit et maintient plein un ou plusieurs réservoirs d'air comprimé à haute pression, et dans lequel, lors d'une coupure d'alimentation électrique, le moto-compresseur est automatiquement commuté en mode moteur et alimenté en énergie par l'air comprimé contenu dans le ou les réservoirs de stockage (6) et entraîne le moto-altemateur tout aussi automatiquement commuté en mode alternateur pour fournir de l'électricité de secours. 2.- Groupe électrogène de secours selon la revendication 1 caractérisé en ce que, avant son introduction dans le moto-compresseur, l'air comprimé contenu dans le réservoir de stockage haute pression (6) est détendu avec un travail produisant un abaissement de sa température, puis, est envoyé dans un échangeur (41) avec de l'air ambiant pour se réchauffer et augmenter ainsi sa pression et/ou son volume en récupérant de l'énergie thermique ambiante. 3.- Groupe électrogène de secours selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, avant son introduction dans le moto-compresseur, I'air comprimé provenant du réservoir de stockage est canalisé, soit directement soit après son passage dans l'échangeur thermique air air, dans un réchauffeur thermique (56) pour augmenter davantage sa pression et/ou son volume. 4.- Groupe électrogène de secours selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'énergie utilisée pour le réchauffeur thermique est du gaz de ville. 5.- Groupe électrogène de secours selon l'une quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que l'ensemble du groupe électrogène avec son réservoir de stockage et ses accessoires est monté sur un engin mobile permettant de l'utiliser sur site extérieur.