Brevet FR2816993A1 — publié le 20020524

La présente invention a pour objet un dispositif de production d'énergie mécanique, et un procédé selon l'invention de mise en oeuvre dudit dispositif. Le procédé selon l'invention permet de fonctionner à partir de toute source d'énergie. Le dispositif est caractérisé en ce qu'on réalise la mise en circulation d'un flux de particules dans un circuit fermé. Il existe dans l'art antérieur un certain nombre de dispositifs et de moteurs de production d'énergie mécanique. Tous ces dispositifs ont en commun, qu'ils cherchent à convertir directement des calories, de la vapeur, de l'électricité, une chute d'eau, le vent ou tout autre gisement d'énergie renouvelable, en énergie mécanique. Dans ces dispositifs, on observe généralement que la conversion d'une énergie quelconque en énergie mécanique se fait avec un rendement variable selon la source utilisée et d'une manière contingente. En fait tous ces systèmes, dispositifs ou moteurs qui existent dans l'art antérieur sont étroitement dépendants de la qualité, de la quantité et de la disponibilité de ses sources d'approvisionnement en carburants et sont étroitement dépendants des disponibilités, et de l'intensité des gisements d'énergies renouvelables. Et autre dérangement qui existe dans l'art antérieur, l'utilisation du moteur thermique à combustion provoque des rejets polluants. Pour notamment remédier à ces inconvénients, le dispositif permet la production d'énergie mécanique à partir de toute source d'énergie et avantageusement à partir de tout gisement d'énergie renouvelable. Le dispositif selon l'invention assure une production d'énergie mécanique continue, pendant de longues périodes avec l'avantage qu'une fois que le mécanisme a atteint le régime établi, l'énergie disponible ne dépend plus directement de la source d'énergie utilisée au départ. La solution technique selon l'invention est réalisée par la mise en mouvement continu d'un flux de particules dans un circuit fermé qui comporte une turbine intégrée au parcours. De plus, une partie de l'énergie obtenue par ce dispositif est utilisée pour l'accomplissement de certaines opérations nécessaires au maintien en mouvement du flux de particules et pour le fonctionnement des organes du dispositif. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé non limitatif selon l'invention de mise en oeuvre du mécanisme et de décrire les opérations à réaliser en vue de l'optimisation dudit dispositif mécanique selon l'invention. Le dispositif fonctionne"en boucle", c'est a dire qu'une une partie de l'énergie produite est réutilisée pour le fonctionnement des différents organes du dispositif mécanique. La mise en route du dispositif se réalise entièrement à partir d'une source d'énergie quelconque disponible, cependant la plus avantageuse est notamment tout gisement d'énergie renouvelable. Dans la première étape du procédé selon l'invention l'énergie provenant d'une source quelconque est stockée sous différentes formes d'énergie potentielle : en accumulateurs électriques, sous forme de gaz comprimé, et stockage de calories. Par la suite le système fonctionnant en boucle, la source d'énergie ne sera utilisée uniquement que pour pourvoir au remplacement de l'énergie potentielle qui a été déstockée, et pour optimiser le rendement du mécanisme. Suivant une variante avantageuse du système, le flux de particules traverse une turbine de type à réaction ou une autre variante, capable de transformer simultanément l'énergie potentielle (déterminé par la distance existant entre chaque particule) et de l'énergie cinétique (déterminée par la vitesse de déplacement des particules) en énergie mécanique. Ce dispositif est particulièrement intéressant, dans la mesure où, grâce au maintien permanent en circulation d'un flux important de particules le dispositif se comporte comme un régénérateur d'énergie. Le procédé selon l'invention fonctionne à partir de la circulation continue d'un flux important qui se transforme tout au long d'un circuit. Le dispositif selon l'invention permet à ce flux de rester capable de renaître identique après son passage dans une turbine dans laquelle il a perdu une partie de son énergie. Ainsi en régime établi l'énergie finale qui est disponible ne subit plus directement les fluctuations et les contingences de la source d'énergie qui est utilisée au départ. En fait, grâce d'une part au recyclage permanent de l'énergie résiduelle récupérée à la sortie de la turbine, d'autre part, grâce à l'utilisation d'une partie de l'énergie produite, et le tout additionné de l'énergie qui aura été stockée, le procédé selon l'invention appelé aussi"moteur à effet papillon"permet au dispositif de rester complètement autonome pendant de longues périodes. Le procédé selon l'invention est une solution technique avantageuse de stockage dynamique de l'énergie à grande échelle. Cette solution permet la production décentralisée et dispersée d'électricité à partir des principales sources d'énergie nouvelles et renouvelables en particulier l'énergie solaire n'importe où sur la planète. L'invention permet notamment de convertir à partir d'un gisement solaire de l'énergie mécanique en électricité et permet de dispatcher en grande quantité de l'énergie électrique dans un réseau de distribution ou vers un utilisateur final à des heures et des moments de la journée bien déterminés. Ainsi, le choix de la dimension du dispositif selon l'invention ne dépend pas directement de l'importance, ni de l'intensité de l'énergie renouvelable susceptible d'être captée et exploitée, mais du besoin en énergie disponible. Toutefois, une bonne connaissance et une maîtrise parfaite du gisement naturel sont indispensables pour optimiser les performances du dispositif lorsqu'il fonctionne exclusivement à partir d'un gisement d'énergie renouvelable. Les opérations intégrées du procédé selon l'invention sont les suivantes : - on capte une énergie naturelle, ou on utilise une toute autre source d'énergie, - on la transforme en énergie potentielle sous différentes formes, (dans des accumulateurs électriques, sous forme de gaz comprimé, stockage de calories) - on déstocke pour la mise en route du dispositif, (activation du flux de particules dans le circuit) Puis en régime établi (caractérisé par la stabilisation de la turbine), - on continue de déstocker de manière contrôlée, - on convertit une partie de l'énergie produite par le dispositif pour pourvoir au remplacement de l'ensemble de l'énergie potentielle qui a été déstockée. L'ensemble de ces opérations s'effectuent en synergie. Suivant une autre configuration avantageuse du dispositif, le profil et la géométrie de la conduite dans laquelle circule en permanence un flux de particules est réalisé au moyen d'une succession de coudes, de conduites convergentes, conduites droites et conduites divergentes, exécutées suivant les proportions adéquates permettant de réaliser l'effet"venturi". Cette disposition particulièrement avantageuse permet à la particule en mouvement d'être tout à la fois aspirée et poussée vers la turbine. L'énergie mécanique produite par le procédé selon l'invention est destinée à être utilisée simultanément de deux manières différentes : une partie de cette énergie va être utilisée pour permettre la réalisation et l'optimisation de certaines opérations du procédé (compression de gaz, alimentation de pompes, pilotage du dispositif etc.), l'autre partie est convertie en électricité. Cette électricité est destinée à être utilisée pour faire fonctionner certains organes du dispositif, sur place conformément à la réglementation en vigueur ou éventuellement transmise à un utilisateur final. Le procédé de mise en oeuvre du dispositif ci-dessus décrit, est caractérisé en ce qu'il comprend : - un moyen d'utiliser ou d'exploiter une source d'énergie de manière à la stocker sous différentes formes de l'énergie potentielle, (accumulateurs électriques, fluide comprimé, calories,) - un moyen de mise sous pression des particules dans un circuit fermé, - un moyen de pompage et de mise en circulation d'un flux de particules, - un moyen, comparable à une turbine, intégré au circuit des particules capable de transformer simultanément de l'énergie potentielle et de l'énergie cinétique en énergie mécanique. Une partie de l'énergie ainsi produite sert à alimenter les différents moyens dudit dispositif, le reste est disponible. Ainsi, le dispositif selon l'invention est alimenté simultanément par une source externe et une source interne. Le source externe peut-être le secteur EDF, un moteur thermique, la récupération d'une force motrice etc. mais la plus avantageuse est un gisement d'énergie renouvelable. La source interne, est l'énergie produite par ce même dispositif. Par ailleurs, du fait de l'utilisation en"boucle", l'opérateur qui surveille le dispositif a plusieurs possibilités d'intervention et de contrôle à plusieurs niveaux. Notamment il intervient sur le débit des injecteurs en agissant sur le diamètre de sortie, sur la puissance des pompes de circulation, sur le degré de mise en pression du dispositif. Il intervient à tout moment sur la viscosité du fluide en contrôlant la température de celui-ci. Il intervient sur la densité du fluide en circulation par l'incorporation de particules miscibles de densité différente. Le pilotage du dispositif consiste globalement à effectuer en continu et simultanément deux opérations différentes. - On veille à ce que le fluide conserve en permanence les mêmes caractéristiques de début de cycle. - On contrôle sans cesse de la vitesse du flux de particules à la sortie des injecteurs. Ainsi dans le dispositif selon l'invention, le transfert d'énergie du fluide vers la turbine est étroitement lié à la vitesse, à la densité, à la pression, à la viscosité du fluide qui circule dans les conduites. L'emploi d'un circuit de refroidissement par la mise en oeuvre d'un accessoire extérieur cependant intégrée au circuit, et contenant une membrane déformante gonflée, permet de maintenir stables au cours du temps, les conditions initiales du début de cycle. Ce dispositif est particulièrement avantageux lorsqu'il exploite les gisements naturels. Ainsi, lorsqu'il a été lancé, la quantité d'énergie mécanique qui sera produite ne dépendra plus directement de la qualité ni de l'intensité du gisement d'énergie renouvelable qu'il utilise au départ. Toutefois, une surveillance étroite du dispositif et une maîtrise parfaite du gisement naturel permettront d'optimiser ses performances. Ainsi le dispositif selon l'invention permet à un utilisateur qui a besoin d'énergie de se libérer des contingences de la source d'énergie dont il peut disposer. Il choisit la configuration et les dimensions du dispositif à mettre en oeuvre en fonction de l'énergie finale dont il veut disposer. Suivant une autre variante avantageuse, l'énergie mécanique de la turbine est convertie directement, par une pompe ou compresseur, en fluide comprimé (gaz ou fluide hydraulique) utilisé en vue de faire fonctionner les différents organes du dispositif, pompes à air comprimé, moteurs hydrauliques, injecteurs à commande pneumatique ou hydraulique. Selon une disposition avantageuse dans la mise en oeuvre du procédé, on relie plusieurs circuits contenant une turbine et produisant de l'énergie mécanique. Ces dispositifs sont assemblés en série ou en parallèles et activent une seule génératrice électrique ou une toute autre application. La description détaillée qui suit se réfère à la figure unique jointe qui illustre non limitativement l'invention, et fait ressortir d'autres particularités et avantages de l'invention. Il comporte en effet selon cette disposition non limitative un dispositif qui exploite un gisement d'énergie solaire (12). On capte une énergie renouvelable, grâce à des panneaux solaires (8). On la convertit en énergie potentielle sous différentes formes : dans des accumulateurs électriques (9), le compresseur (10), permet de stocker du gaz comprimé (11). On déstocke pour la mise en route du dispositif en mettant sous pression le dispositif (5), en gonflant la membrane (6). On alimente les pompes de circulation (3a, 3b, 3c). Cette première disposition non limitative comporte un ensemble de conduites (4), de diamètre variable, dans lesquelles circule en permanence un flux de particules. Le flux de particules traverse une turbine (1), et lui cède une part importante de son énergie. Grâce à cette conduite (4), de dimension variable, le flux de particules parvient de manière continue et sous pression dans la turbine (1). Cette turbine (1), est de préférence de type à réaction. Le flux de particules est maintenu en sans cesse en mouvement par l'utilisation d'une ou plusieurs pompes (3a, 3b, 3c) ou de tout autre instrument adapté et d'injecteurs (2a, 2b, 2c), qui propulsent à plus grande vitesse une partie de ces particules et entraîne ainsi l'ensemble du flux vers la turbine (1). Les injecteurs (2a, 2b, 2c) peuvent être fixes, mais généralement ils sont réglables manuellement, mécaniquement ou dotés de cerveaux électroniques et de tout autre dispositif permettant le réglage du débit. Ainsi les vitesses distribuées par les injecteurs (2a, 2b, 2c), qui sont généralement fixes ou réglables ont des vitesses de sortie qui vont croissant du début de cycle jusqu'à la turbine (1). Soit pour le premier injecteur (2a), une vitesse de sortie V) m/s, puis V2m/s, V3 mis etc. Avec V V2m/s Le dispositif selon l'invention permet d'intégrer toute source d'énergie. Mais la source la plus avantageuse est le gisement d'énergie renouvelable qu'il soit solaire (12), éolien, hydraulique, provenant de biomasse ou de tout autre gisement existant dans la nature. L'énergie produite par la turbine (1), est convertie en électricité par une génératrice. La génératrice reste couplée à la turbine (1), l'électricité produite permet d'une part, d'assurer le fonctionnement des pompes (3a, 3b, 3c), des injecteurs (2a, 2b, 2c), du compresseur (10), et de tout le système de pilotage et 20 d'autre part le reste est dispatché dans le réseau de distribution ou vers un utilisateur final Selon une variante non illustrée le profil et la géométrie des conduites (4), est une succession de coudes, de conduites convergentes, de conduites droites et de conduites divergentes, adéquates permettant de réaliser l'effet"venturi", caractérisé par une aspiration en entrée de convergent et une augmentation de pression en sortie de divergent. Suivant une autre variante avantageuse de l'invention, les pompes utilisées sont des pompes volumétriques à membrane et fonctionnent au gaz comprimé et le réglage des injecteur s'effectue pneumatiquement. Le dispositif selon l'invention accepte un flux de particules de toute nature et de toute consistance : liquide, gazeux, de vapeur, pâteux, et plasma. Selon un mode de réalisation particulier le flux de particules est un fluide hydraulique d'origine naturelle et biodégradable et difficilement inflammable. La composition chimique et ses caractéristiques sont contrôlées automatiquement et par des prélèvements et des analyses fréquentes, La densité est contrôlée par l'addition de particules miscibles de densité différente. Selon un mode de réalisation particulier le flux de particules utilisé est constitué d'un liquide visqueux biodégradable synthétisant différents éléments dont des produits naturels ou d'autres produits dont du graphite ou autre matière semblable. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention et non illustré, un circuit de refroidissement est placé parallèlement au circuit. Il récupère les calories dégagées en différents point du dispositif comme les pompes (3a, 3b, 3c), la turbine (1), et tout autre organe mécanique, Ce circuit de refroidissement maintient en température constante le dispositif REVENDICATIONS 1) Procédé de production d'énergie mécanique à partir de toute source d'énergie, caractérisé en ce qu'on réalise les opérations intégrées suivantes et fonctionnant toutes en synergie : - A partir d'une source d'énergie quelconque, on produit et on stocke simultanément de l'énergie potentielle sous différentes formes dont en gaz comprimé, dont en accumulateurs électriques et dont sous forme de calories. - On déstocke pour la mise en route du dispositif de production d'énergie mécanique caractérisé par la mise en circulation continu d'un flux de particules. - On récupère une partie de l'énergie produite par la turbine (1) et on s'en sert pour le fonctionnement du dispositif tandis le reste demeure disponible pour toute utilisation (13). 2) Dispositif selon la revendication l, caractérisé en ce qu'à partir du déstockage de l'énergie potentielle on effectue les opérations suivantes : - On réalise la circulation d'un flux de particules, le long d'un circuit fermé aux dimensions variables possédant une turbine (1) intégrée au parcours. - On maintient sans cesse en mouvement la circulation du flux de particules par un ou plusieurs dispositifs de pompage et des injecteurs, - On veille à ce que le flux de particules traverse une turbine (1), intégrée au circuit, - On récupère une partie de l'énergie produite par la turbine pour activer la circulation du flux, l'alimentation des mécanismes de fonctionnement et les organes de réglage du dispositif 3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les injecteurs (2a, 2b, 2c), distribuent des vitesse de sortie de flux de particules qui vont croissant du début de cycle jusqu'à la turbine (1). 4) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la turbine (1) est une turbine de type à réaction, ou toute autre variante, qui permet notamment de transformer simultanément de l'énergie potentielle contenue dans le flux (caractérisée par la distance existant entre chaque particule) et de l'énergie cinétique (caractérisée par la vitesse de déplacement des particules) en énergie mécanique. 5) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on convertit directement l'énergie mécanique de la turbine en fluide comprimé (gaz ou fluide hydraulique) et qu'on utilise ce fluide comprimé en vue de faire fonctionner les différents organes du dispositif dont les pompes et les dispositifs de réglage. 6) Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le flux de particules utilisé est constitué d'un liquide visqueux biodégradable synthétisant différents éléments dont des produits naturels ou d'autres produits dont du graphite ou autre matière comparable. 7) Dispositif selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le profil et la géométrie des conduites du dispositif est la réalisation d'une succession de coudes, de conduites convergentes, conduites droites et divergentes, selon les proportions adéquates, permettant d'accomplir l'effet"venturi", caractérisée par une aspiration en entrée de conduite convergente et une augmentation de pression en sortie de conduite divergente. 8) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on utilise un instrument auxiliaire (5), intégré au circuit, pour permettre au fluide de retrouver en permanence les conditions identiques de début de cycle au point de vue température et pression. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on utilise un instrument auxiliaire (5), caractérisé en qu'il dispose d'une membrane élastique (6), ou de toute autre instrument déformable ou d'amortisseur qui permet d'éviter la mise en résonance et vibrations du dispositif et permet son maintient sous une pression conforme aux conditions de circulations du flux. 10) Dispositif selon la revendication 2 et suivantes caractérisé en ce qu'on réalise un assemblage de différents dispositifs. Ces modules sont montés en série ou en parallèles et activent en concordance une seule génératrice électrique ou une toute autre application.