Brevet FR2812037A1 — publié le 20020125

La présente invention concerne un dispositif de récupéra- tion d'énergie fluidique. Un tel dispositif de récupération d'énergie fluidique, qui permet notamment de tirer parti de l'énergie produite par un cours d'eau, comprend de façon connue des pales mobiles, susceptibles d'être mises en mouvement par l'intermédiaire du fluide. Il est également prévu au moins un arbre, habituelle- ment rotatif, qui est entraîné par le mouvement des pales. Chaque arbre se trouve en relation avec des moyens permettant de transformer l'énergie mécanique en énergie électrique, notamment des alternateurs. Le dispositif de récupération d'énergie hydraulique comprend également des moyens d'amenée du fluide, permettant de diriger le fluide vers les pales, ainsi que des moyens d'évacuation du fluide, en aval de ces pales. On connaît de tels dispositifs de récupération d'énergie fluidique, dont les moyens d'amenée sont constitués par un conduit unique. Ce type d'agencement présente un inconvénient, en ce sens qu'il ne permet pas une récupération optimale de l'énergie fluidique, l'énergie mécanique transmise en direction des arbres présentant une valeur relativement faible. Afin de pallier cet inconvénient, l'invention se propose de réaliser un dispositif permettant de récupérer l'énergie fluidique de façon améliorée par rapport à l'art antérieur, à savoir que, pour une énergie fluidique donnée, le dispositif proposé par l'invention permet de récupérer une énergie mécanique accrue. A cet effet, elle a pour objet un dispositif de récupéra- tion d'énergie fluidique, notamment à partir d'un cours d'eau, comprenant des pales mobiles, aptes à se déplacer sous l'action d'un fluide, au moins un arbre rotatif apte à être mis en mouvement par l'intermédiaire desdites pales, des moyens d'amenée dudit fluide en direction des pales et des moyens d'évacuation dudit fluide, caractérisé en ce que les pales sont disposées dans un logement, les moyens d'amenée comprennent plusieurs conduits d'amenée indépendants, qui débouchent dans ledit logement, le logement est sensiblement clos, au moins dans la zone des débouchés des conduits d'amenée indépendants, le ou chaque arbre rotatif est apte à être mis en rotation par les pales uniquement dans un premier sens, et il est prévu des moyens permettant d'empêcher toute rotation du ou de chaque arbre dans un second sens, opposé audit premier sens. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - au moins dans la zone des débouchés des conduits indépendants, la section transversale du logement et la section transversale des pales est sensiblement identique; - lesdits conduits indépendants s'étendent à partir d'une cuve formant réserve de fluide; - les pales sont aptes à se déplacer le long d'une boucle sans fin; - les pales sont aptes à coopérer avec au moins une roue pourvue dudit arbre rotatif; - les pales sont solidaires d'au moins une courroie apte à coopérer avec au moins un pignon pourvu dudit arbre rotatif; - les pales sont réalisées en matière plastique et sont fixées par vulcanisation sur une courroie crantée apte à coopérer avec ledit pignon, et il est prévu une équerre de renfort recouvrant au moins la face aval de ladite pale, en faisant référence à l'écoulement du fluide; ledit logement est annulaire et s'étend autour dudit arbre, les conduits débouchant dans ledit logement en étant espacés angulairement les uns par rapport aux autres; - ledit logement est cylindrique et s'étend autour dudit arbre, les conduits débouchant dans ledit logement en étant espacés angulairement les uns par rapport aux autres; - il est prévu plusieurs arbres, dont chacun est muni d'au moins une pale apte à entrer en rotation autour de chaque arbre correspondant; - le logement est cylindrique, ledit arbre rotatif étant coaxial à ce logement, et les pales sont disposées autour dudit arbre selon une hélice; - il est prévu des moyens d'obturation sélective d'au moins un conduit. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique illustrant un dispositif de récupération fluidique conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle, illustrant des arrivées de fluide équipant le dispositif de la figure 1; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe, respectivement selon les lignes III-III et IV-IV de la figure 1; - la figure 5 est une vue analogue à la figure 1, illustrant un dispositif de récupération d'énergie fluidique selon un deuxième mode de réalisation de l'invention; - les figures 6 et 7 sont des vues en coupe selon les lignes respectivement VI-VI et VII-VII à la figure 5; - la figure 8A est une vue analogue aux figures 1 et 5, illustrant un dispositif de récupération d'énergie fluidique conforme à un troisième mode de réalisation de l'invention; - la figure 8B est une vue en coupe axiale du dispositif de la figure 8A; - la figure 9 est une vue de dessus illustrant un dispositif de récupération d'énergie fluidique conforme à un quatrième mode de réalisation de l'invention; - la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne X-X à la figure 9; - la figure 11 est une vue analogue à la figure 9, illustrant un dispositif de récupération d'énergie fluidique conforme à un cinquième mode de réalisation de l'invention; - la figure 12 est une vue en coupe selon la ligne XII-XII à la figure 11; les figures 13 à 15 sont des vues en coupe axiale illustrant des dispositifs de récupération d'énergie fluidique conformes à des modes supplémentaires de réalisation de l'invention; et - la figure 16 est une vue partielle de côté, illustrant une variante de réalisation des pales du dispositif de l'invention. La figure 1 illustre un dispositif de récupération d'énergie fluidique, qui est disposé sur un cours d'eau, dont la surface est désignée par la référence 2. Ce dispositif comprend un logement 4, s'étendant sensiblement pour moitié au-dessus de la surface 2, et sensiblement pour une autre moitié au-dessous de la surface. Ce logement, de forme allongée, renferme plusieurs pales en forme de sphères creuses 6, qui sont disposées les unes derrière les autres le long d'une bande 8, formant une boucle sans fin. Les sphères 6 circulent dans des tubes respectivement supérieurs 10 et inférieurs 12 et coopèrent, aux extrémités longitudinales de la boucle sans fin, avec deux roues 14, dont chacune est munie de renfoncements permettant la coopération avec des sphères correspondantes. De la sorte, le déplacement des sphères 6 le long de la boucle induit un mouvement correspondant des roues 14 en rotation autour de l'axe de leur arbre de sortie 18, représenté à la figure 4. Chaque arbre peut être relié à un alternateur non représenté. Par ailleurs, un presse étoupe 20 est prévu à la périphérie extérieure de cet arbre 12. Comme le montre la figure 1, les roues 14 et leur arbre 18 sont aptes à être mis en rotation, sous l'effet du déplacement des pales 6, selon un premier sens de rotation, matérialisé par la flèche F. Par ailleurs, il est prévu des moyens permettant d'empêcher toute rotation des roues 14 et de l'arbre 18 dans le sens opposé à cette flèche F. De tels moyens sont bien connus et peuvent, à titre d'exemple, être analogues à ceux équipant les roues libres à ressorts individuels avec accouplement. Cette irréversibilité de la rotation de la roue 14 et des arbres 18 permet d'annuler sensiblement toute contre-pression. En faisant référence en particulier aux figures 3 et 4, chaque sphère 6 est montée de façon articulée, autour d'un axe horizontal, sur deux câbles latéraux 22 d'entraînement, alors qu'il est prévu un élément de guidage 24, réalisé en un matériau présentant un faible coefficient de frottement, tel que du TEFLON. Comme le montre plus particulièrement la figure 3, la section transversale des tubes 10, 12 correspond sensiblement à celle des sphères 6, qui s'y déplacent. En faisant à nouveau référence aux figures 1 et 2, le dispositif de récupération d'énergie conforme à l'invention comprend plusieurs conduits 26 d'amenée de liquide, qui sont rendus indépendants par l'intermédiaire de cloisons 28 séparant deux conduits adjacents. Chaque conduit débouche dans une cellule 30 correspondante du logement 4. Une tuyauterie 32 permet par ailleurs l'évacuation du liquide, en aval du logement 4. Le dispositif comprend également des vannes d'entrée 34 et de sortie 36, et se trouve relié à des canalisations annexes 38, munies de vannes, qui permettent d'insuffler de l'air dans le système. Ces canalisations de tailles variables, permettent une récupération d'air, qui peut être utilisé de plusieurs façons, notamment afin d'augmenter la vitesse du liquide dans le circuit. Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Le liquide, s'écoulant par les conduits 26, débouche dans les cellules 30 correspondantes du logement 4 et met en mouvement les différentes sphères 6 le long de la boucle sans fin. Ces sphères 6 induisent une rotation correspondante des roues 14 autour de leur arbre 18, ce qui permet ainsi la récupération d'énergie mécanique au niveau de cet arbre, qui pourra être convertie le cas échéant en énergie électrique, au moyen d'un alternateur. Il est à noter que, dans la zone des débouchés des conduits 26 dans le logement 4, ce dernier est sensiblement clos, en ce sens que le liquide ne peut être admis dans ce logement que par les conduits 26 et ne peut en être évacué que par la tuyauterie 32. L'utilisation d'un tel espace confiné, ainsi que de plusieurs conduits d'arrivée 26, permet de tirer parti de façon optimale de l'énergie du cours d'eau, afin de récupérer une énergie mécanique maximale. Le dispositif assure une puissance volumétrique d'entrée importante, alors que le débit de sortie du fluide est relativement faible. Les différentes pales dont est équipé le dispositif de récupération d'énergie, conforme à l'invention, agissent de façon analogue à une multiplicité de pistons. De la sorte, le fluide admis à la sortie du dispositif présente une certaine activité, ce qui est à comparer avec le fluide inactif évacué en sortie des dispositifs de l'art antérieur. Les figures 5 à 7 représentent une première variante de l'invention, dans laquelle les sphères 6 sont remplacées par des pales en forme de plaques 6' rectangulaires, vues de face. Ces plaques sont fixées sur deux chaînes latérales 22' s'étendant le long d'une boucle sans fin. Ces chaînes coopèrent avec des pignons 15 susceptibles d'entrer en rotation, de façon à transmettre de l'énergie mécanique à leur arbre 18. Comme dans l'exemple de réalisation illustré en référence aux figures 1 à 4, les pignons 15 sont aptes à entrer en rotation, sous l'effet des pales 6', dans un unique sens. En revanche, toute rotation de ces pignons dans le sens opposé est empêchée. Comme le montre la figure 6, les tubes supérieur 10' et inférieur 12' du logement 4' possédant une section rectangu- laire, correspondant à celle des plaques 6'. Les autres éléments mécaniques du dispositif sont par ailleurs inchangés, par rapport à la première réalisation décrite en référence aux figures 1 à 4. La figure 8 illustre une variante supplémentaire de l'invention, tirant parti de l'énergie fluidique d'une réserve d'eau. Cette réserve est contenue dans une cuve 40, alimentée par une ligne de recyclage 42. Plusieurs conduits 44, analogues à ceux 26, s'étendent à partir de cette cuve 40, jusqu'à déboucher dans un logement 46, de part et d'autre de ce dernier. Des plaques 6' entraînant des pignons 15, sont reçues dans ce logement, comme dans l'exemple représenté aux figures 5 à 7. Il est également prévu une tuyauterie de sortie 48, mise en relation avec la ligne 42 et pourvue d'une pompe 49. Il est par ailleurs prévu un vase d'expansion 50, un appoint d'eau 51, ainsi qu'un appoint d'air 52. Les figures 9 et 10 représentent une variante supplémen- taire de l'invention, dans laquelle il est prévu un logement annulaire 54 alimenté par plusieurs conduits 76. Ces derniers débouchent dans le logement 54, en étant espacés angulairement les uns par rapport aux autres. Il est par ailleurs prévu une tuyauterie d'évacuation 82, qui s'étend radialement à partir du logement 54. Des pales 56, affectant la forme de plaques circulaires, sont admises dans le logement annulaire 54, en étant monté autour d'un arbre central vertical 68. Lorsque du liquide est admis par les conduits 76, les pales 56 entrent en rotation autour de l'arbre 68, de sorte que ce dernier reçoit une énergie mécanique susceptible d'être transmise à un alterna- teur non représenté. Les pales 56 et l'arbre 68 sont aptes à entrer en rotation selon un unique sens matérialisé par la flèche F, toute rotation en sens inverse étant empêchée. Les figures 11 et 12 représentent une variante supplémen- taire de l'invention, dans laquelle le logement 54' est de forme sensiblement cylindrique, ses bords latéraux périphéri- ques étant arrondis. Ce logement renferme des pales 56', montées autour d'un axe vertical 68' et possédant une forme rectangulaire, leurs extrémités étant arrondies, de manière à présenter un profil conjugué de celui des bords du logement 54' Il est par ailleurs prévu plusieurs conduits 76' d'arrivée de liquide, débouchant à la périphérie du logement 54' en étant espacés angulairement les uns par rapport à l'autre. Comme dans l'exemple de réalisation précédent, les pales 56' et l'arbre 68' sont libres de pivoter selon un unique sens. Le liquide est évacué par l'intermédiaire d'une tuyaute- rie 82, qui se trouve disposée au-dessous du logement 54', mais pourrait également s'étendre radialement comme le logement 54 des figures 9 et 10. Il est à noter qu'il est possible de disposer, les uns au-dessus des autres, plusieurs dispositifs de récupération d'énergie, analogues à ceux représentés aux figures 9 à 12. A la figure 13, le dispositif conforme à l'invention comporte un logement 104 longitudinal, qui possède des renfoncements 105 permettant la réception de plusieurs arbres 118. Chacun de ces derniers est susceptible d'entrer en rotation autour de son axe principal, par action d'un liquide sur les pales 106 dont est muni chaque arbre. Cette rotation des arbres et des pales s'opère dans un unique sens, matéria- lisé par les flèches illustrées à la figure 13. En service, ces pales se déplacent à proximité des parois du renfoncement 105. Il est prévu un conduit principal d'arrivée du liquide dans le logement 104, co-axial à celui- ci, ainsi que plusieurs conduits supplémentaires 126, permettant un appoint de liquide au niveau de chaque arbre 118. Il est enfin prévu une tuyauterie d'évacuation 132. La figure 14 illustre une variante supplémentaire de réalisation de l'invention, o il est prévu un logement cylindrique 154 allongé, dans lequel est logé un arbre co- axial 168. Des pales 156 s'étendent selon une hélice autour de cet arbre 168, de manière à former une vis sans fin. Cette dernière est apte à entrer en rotation sous l'action du liquide selon un unique sens, matérialisé par la flèche F. En revanche, toute rotation de cette vis sans fin dans le sens opposé est impossible. Plusieurs conduits 176 d'arrivée de liquide débouchent dans le logement 154, sur l'ensemble de sa longueur. Il est enfin prévu une tuyauterie d'évacuation 182. La figure 15 illustre une variante supplémentaire de l'invention, dans laquelle le logement 204, qui est par exemple analogue à celui 46 de la figure 8, est mis en communication avec plusieurs conduits 226, débouchant de part et d'autre de ce logement. Chacun de ces conduits 226 est pourvu, au voisinage de son débouché, d'un volet 228, constituant un moyen d'obturation sélective du conduit considéré. Ce volet 228, dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par l'utilisateur, permet de réguler le débit du fluide à l'intérieur du conduit correspondant et, de ce fait, dans le logement 204. La figure 16 illustre une variante supplémentaire de l'invention, dans laquelle il est prévu un pignon 215, coopérant avec une courroie crantée 222, réalisée par exemple en néoprène ou en polyuréthane. Comme dans les exemples de réalisation précédents, le pignon 215 est libre d'entrer en rotation selon un unique sens. Des pales 206, réalisées en matière plastique et présentant une forme de taquet, sont vulcanisées sur cette courroie 222. Cette dernière est par ailleurs recouverte au moyen de couches de renfort 224, vulcanisées sur la partie plane séparant deux pales 206 successives. Il est également prévu des équerres de renfort 227, fixées sur les pales 206, par exemple par vissage. Chaque équerre recouvre la face aval de la pale 206, en faisant référence à l'écoulement du fluide, ainsi que la couche de renfort 224, lorsque la courroie crantée 222 est entraînée dans un mouvement longitudinal. Dans l'ensemble des exemples décrits et représentés, les pales, les conduits d'amenée du liquide ainsi que le logement de réception de ces pales présentent des dimensions variables en fonction notamment de la demande d'énergie, de la nature du liquide et de son débit. Le dispositif est avantageusement fabriqué à partir de matériaux inaltérables dans l'eau. L'en- trée et la sortie de la région close du logement possèdent une grandeur et une forme variable, en fonction de la puissance que l'on désire conférer au dispositif de récupération d'énergie conforme à l'invention. Dans les exemples décrits et représentés, il a uniquement été fait référence à la récupération d'énergie fluidique, sous forme d'énergie hydraulique. Cependant l'invention trouve également son application à la récupération d'énergie provenant d'un fluide gazeux. On peut positionner le disposi- tif conforme à l'invention selon différentes orientations, verticale, horizontale ou inclinée. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven- tion, il est possible de munir au moins certains des conduits d'amenée de fluide au moyen d'un clapet anti-retour. REVENDICATIONS 1. Dispositif de récupération d'énergie fluidique, notamment à partir d'un cours d'eau, comprenant des pales mobiles (6; 6'; 56; 56'; 106; 156; 206), aptes à se déplacer sous l'action d'un fluide, au moins un arbre rotatif (18; 68; 68'; 118; 168) apte à être mis en mouvement par l'intermédiaire desdites pales, des moyens d'amenée (26; 44; 76; 76'; 126; 176; 226) dudit fluide en direction des pales et des moyens d'évacuation (32; 48; 82; 82'; 132; 182) dudit fluide, caractérisé en ce que les pales (6; 6'; 56; 56'; 106; 156; 206) sont disposées dans un logement, les moyens d'amenée comprennent plusieurs conduits (26; 44; 76; 76'; 126; 176; 226) d'amenée indépendants, qui débouchent dans ledit logement, le logement (4; 4'; 46; 54; 54'; 104; 154; 204) est sensiblement clos, au moins dans la zone des débouchés des conduits d'amenée indépendants, le ou chaque arbre rotatif (18; 68; 68'; 118; 168) est apte à être mis en rotation par les pales uniquement dans un premier sens (F), et il est prévu des moyens permettant d'empêcher toute rotation du ou de chaque arbre dans un second sens, opposé audit premier sens. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, au moins dans la zone des débouchés des conduits indépendants (26; 44; 76; 76'; 126; 176), la section transversale du logement (4; 4'; 46; 54; 54'; 104; 154) et la section transversale des pales (6; 6'; 56; 56'; 106; 156) est sensiblement identique. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits conduits indépendants (44) s'étendent à partir d'une cuve (40) formant réserve de fluide. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pales (6; 6'; 206) sont aptes à se déplacer le long d'une boucle sans fin. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pales (6) sont aptes à coopérer avec au moins une roue (14) pourvue dudit arbre rotatif (18). 6.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pales (6'; 206) sont solidaires d'au moins une courroie (22; 222) apte à coopérer avec au moins un pignon (15; 215) pourvu dudit arbre rotatif. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pales (206) sont réalisées en matière plastique et sont fixées par vulcanisation sur une courroie crantée (222) apte à coopérer avec ledit pignon (215), et en ce qu'il est prévu une équerre de renfort (227) recouvrant au moins la face aval de ladite pale (206), en faisant référence à l'écoulement du fluide. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit logement (54) est annulaire et s'étend autour dudit arbre (18), les conduits (76) débouchant dans ledit logement (54) en étant espacés angulairement les uns par rapport aux autres. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit logement (54') est cylindrique et s'étend autour dudit arbre (68'), les conduits (76') débou- chant dans ledit logement (54') en étant espacés angulairement les uns par rapport aux autres. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs arbres (118), dont chacun est muni d'au moins une pale (106) apte à entrer en rotation autour de chaque arbre correspondant. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le logement (154) est cylindrique, ledit arbre rotatif (168) étant coaxial à ce logement, et en ce que les pales (156) sont disposées autour dudit arbre (168) selon une hélice. 12. Dispositif selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (228) d'obturation sélective d'au moins un conduit (226).