Brevet FR2864841A1 — publié le 20050708

L'invention qui est décrite concerne un dispositif permettant de produire de l'air comprimé en utilisant les variations de pression générées par la houle. Lorsque une vague passe au dessus d'un point donné, la pression en ce point augmente puis diminue. Cette variation de pression ne dure que quelques secondes. Tout mécanisme destiné à exploiter cette source d'énergie doit réagir à la même vitesse. Ceux qui existent à l'heure actuelle et qui utilisent un piston pour comprimer un fluide, ont un temps de réaction limité principalement par des forces de frottement. L'objet de ce brevet est un dispositif conçu pour que chaque piston oppose la résistance la plus faible possible aux mouvements que lui imposent des variations successives de pression. L'invention est composée de deux parties: le capteur de pression et la pompe. Chacune d'elle est constituée d'un corps , élément creux délimitant un espace intérieur appelé chambre et dans lequel se déplace un piston. Celui-ci est relié au corps par un ou plusieurs joints mobiles . Les corps de la pompe et du capteur sont constitués de plusieurs éléments. L'enveloppe est un cylindre creux. Dans celle de la pompe est emboîté un élément plus court ayant la forme d'un cylindre creux, la chemise , de diamètre extérieur à peu prés égal au diamètre intérieur de l'enveloppe. A chaque extrémité de l'enveloppe du capteur et d'une seule pour la pompe, est emboîté un ensemble de trois anneaux, un fixe encadré de deux amovibles . La définition de ces termes est indiquée plus loin. Dans le cas de la pompe ces anneaux sont dans le prolongement de la chemise. Chaque ensemble d'anneaux est en retrait par rapport à l'extrémité de l'enveloppe. Un tuyau est enfoncé de manière étanche dans un orifice percé dans l'épaisseur du corps du capteur, entre les deux ensembles d'anneaux, et débouche dans la chambre. Ce tuyau ne traverse pas la surface interne du corps. Les pistons sont constitués d'un cylindre creux, le corps , dans lequel sont emboîtés d'une part, deux anneaux fixes séparés par un espace et d'autre part, un disque avant et un disque arrière . Le disque avant est introduit par une extrémité du corps du piston, le disque arrière par l'extrémité opposée. Chaque disque bute contre la tranche d'un des anneaux et se bloque en frottant contre la paroi interne du corps du piston. Le disque arrière est percé de plusieurs orifices dont un au centre. Quand il se déplace, chaque piston ne touche aucun des éléments du corps du capteur ou de la pompe. Les disques avant et arrière se situent respectivement à l'avant et à l'arrière du piston et en retrait par rapport aux extrémités du corps du piston. La face interne des disques est celle orientée vers l'intérieur du piston. Dans le cas du capteur, un cylindre creux est fixé par une de ses extrémités sur la face externe du disque avant. A son autre extrémité est fixé un plateau percé d'un orifice traversé par une tige rigide, la tige- guide . Celle-ci est fixée à une extrémité, au centre de la face externe du disque avant. A 2864841 2 l'autre extrémité elle est traversée perpendiculairement à son axe par une tige de diamètre plus petit. Les deux pistons sont reliés par une tige rigide, la tige de connexion , dont chaque extrémité traverse le disque arrière par l'orifice central et se fixe au centre de la face interne du disque avant. La tige de connexion et la tige-guide sont alignées. Les anneaux amovibles sont fait pour être installés ou enlevés à volonté contrairement aux fixes . Chaque anneau présente une fente telle que lorsque les bords de chaque coté sont face à face, ils prennent appui l'un contre l'autre pour plaquer l'anneau contre la paroi interne du cylindre dans lequel il est placé. Lorsque les bords ne sont plus face à face, on peut réduire le diamètre de l'anneau grâce à sa flexibilité partielle. Le capteur et la pompe sont placés dans le prolongement l'un de l'autre. A chacune de leurs extrémités se trouve une plaque rigide. La plaque de séparation intercalée entre eux, est percée d'un orifice dans lequel est emboîté un tube appelé tube- guide et dans lequel passe la tige de connexion. A l'opposé, coté capteur, la plaque-butoir et coté pompe, la plaque des soupapes qui contrôle l'arrivée d'air et l'évacuation de l'air comprimé. Le coté du corps de la pompe qui est dépourvu d'anneau est face à la plaque de séparation. La plaque-butoir est percée de plusieurs orifices: un dans lequel coulisse la tige-guide du piston du capteur, entouré de plusieurs autres. L'arrière du capteur et celui de la pompe correspondent aux cotés tournés vers la plaque de séparation, les cotés opposés étant l'avant. L' avant des pistons est orienté, suivant le cas, vers l'avant du capteur ou de la pompe. Chaque joint mobile est un élément souple, imperméable à l'air et à l'eau, non élastique. Il a la forme d'un cylindre creux de diamètre extérieur au moins égal au diamètre intérieur de l'enveloppe dans Iaquelle il est logé. Par une de ses extrémités, le joint avant du capteur est fixé à l'avant et sur la face interne de l'enveloppe de celui-ci, puis il tapisse la face interne, se retrousse vers l'intérieur de la chambre au niveau de la zone de repliement , tapisse l'extérieur du corps du piston en direction de l'avant et se retrousse à l'extrémité de celui-ci vers l'intérieur. A tout moment la zone de repliement est située dans l'espace entre le piston et le corps du capteur ou de la pompe, et entre les extrémités du corps du piston. La description est identique pour le joint avant de la pompe sauf que le joint tapisse la face interne de la chemise. La description du joint arrière du capteur correspond à celle du joint avant sauf qu'il est fixé à l'arrière du corps du piston et à l'arrière de l'enveloppe du capteur. Pour le fixer au corps du capteur ou de la pompe, chaque joint mobile est pincé entre l'enveloppe et un premier anneau amovible, passe sur la face intérieure de l'anneau fixe juste à coté, est de nouveau pincé entre l'enveloppe et un deuxième anneau amovible, puis se retrousse vers l'intérieur de la chambre. Une matière est versée à l'état liquide ou sous forme de gel ou de pâte contre la tranche du deuxième anneau, recouvert par le joint mobile. Elle se solidifie, adhère à la face interne de l'enveloppe et au joint mobile pour former un joint d'étanchéité. La 2864841 3 fixation du joint par l'autre extrémité est réalisée en le pinçant entre un anneau amovible et la face interne du corps du piston. Lorsque cet anneau est en place, un espace le sépare du disque qui est juste à coté de lui. L'extrémité du joint mobile dépasse le niveau de l'anneau, débouche dans cet espace mais ne touche pas le disque. Une matière est versée à l'état liquide ou sous forme de gel ou de pâte sur la face interne du corps du piston, entre l'anneau et le disque, sur toute la périphérie du piston. Elle se solidifie, englobe dans sa masse l'extrémité du joint, adhère au corps du piston ainsi qu'à toute la périphérie de la face externe du disque et forme un joint d'étanchéité. La chambre du capteur et celle de la pompe sont divisées en plusieurs parties. Chaque chambre arrière est tournée vers la plaque de séparation, la chambre avant vers la plaque des soupapes dans le cas de la pompe et vers la plaque-butoir dans le cas du capteur, et une chambre intermédiaire comprise entre les joints avant et arrière du capteur. Il n'y a pas de contact physique entre ces joints. La chambre arrière du capteur et celle de la pompe communiquent avec l'extérieur par des canaux distincts percés dans l'épaisseur de la plaque de séparation. Dans la chambre arrière du capteur, un anneau est fixé sur la tige de connexion, à proximité du piston, et l'entoure. Un autre est fixé sur le tube-guide et l'entoure sans toucher la plaque de séparation. Une gaine, élément souple et imperméable à l'air et à l'eau, enveloppe une partie de la tige de connexion, une partie du tube-guide ainsi que leurs anneaux respectifs. Elle est fixée sur la tige de connexion par deux fils, un de chaque coté de l'anneau, enroulés plusieurs fois autour de la gaine et noués à leurs extrémités. Une matière est versée à l'état liquide ou sous forme de gel ou de pâte, sur l'extrémité de la gaine, laquelle dépasse la zone entourée par le fil. Cette matière se solidifie, englobe l'extrémité de la gaine, adhère à la tige et forme un joint d'étanchéité. Le même dispositif est appliqué pour faire un joint d'étanchéité entre la gaine et le tube-guide. La matière utilisée pour tous les joints d'étanchéité, peut par exemple être liquide après chauffage et se solidifier en refroidissant. Les figures 1 et 2 sont des coupes longitudinales selon un plan passant à la fois par l'axe de symétrie du cylindre (11) et celui du cylindre (12). Elle représente le capteur pour la figure 1 et la pompe pour la figure 2, lorsque chaque piston a atteint la limite de son déplacement vers la plaque de séparation (3). Les figures 3 et 4 sont des représentations simplifiées de coupes longitudinales du dispositif entier selon un plan passant à la fois par l'axe de symétrie du cylindre (11) et celui du cylindre (12). Chaque figure représente les pistons après avoir atteint la limite maximum de leur déplacement dans le sens de la compression de l'air par la pompe pour la figure 4 et dans celui de l'aspiration d'air pour la figure 3. 2864841 4 La figure 5 représente une coupe longitudinale de la fixation de la tige de connexion (37) sur le disque avant (21) de la pompe selon un plan passant par l'axe de la tige. L'invention est constituée de plusieurs éléments. Un capteur de pression (1), une pompe (2), la plaque de séparation (3), la plaque-butoir (4), la plaque des soupapes (5). Des tiges filetées (9) traversent toutes les plaques. Les écrous (10) vissés à chaque bout permettent de maintenir tous les éléments assemblés de manière rigide et des joints plats (6) assurent l'étanchéité entre le capteur ou la pompe et les différentes plaques. Le capteur (1) et la pompe (2) comportent un cylindre creux (11) ou (12), l'enveloppe . Un élément (14) ayant la forme d'un cylindre creux, la chemise , est emboîté dans le cylindre (12). Dans le cas du capteur, un tube (15) est enfoncé dans un trou percé dans l'épaisseur de l'enveloppe et entre les anneaux (47). Le piston de la pompe (16) et celui du capteur (17) sont constitués d'un cylindre creux (18) ou (19), le corps du piston . A chaque extrémité est emboîté un disque. Le disque avant (20) ou (21), et le disque arrière (22) ou (23), butent sur la tranche d'un anneau fixe (24) ou (25). Le disque arrière est percé d'un trou central entouré par des trous périphériques (27). Les cylindres (18) et (19) peuvent être de diamètres différents. De même pour les cylindres (11) et (12). Les deux pistons sont reliés par une tige tubulaire (37), la tige de connexion , dont le canal est obstrué hermétiquement par un bouchon (29). Au niveau de chaque piston, elle traverse le disque (22) ou (23) par le trou central dont le diamètre est égal à peu prés à celui de l'extérieur de la tige (37), et s'enfonce par son extrémité dans un trou creusé au centre de la face interne (30) ou (31), du disque (20) ou (21). Ce trou ne traverse pas toute l'épaisseur du disque. Une tige (32) engagée dans un canal rectiligne (33), percé dans l'épaisseur de chaque disque, parallèlement à sa surface et passant par son axe central, traverse la tige (37) pour la fixer au disque. Un anneau cylindrique (34) est fixée sur la tige (37) à proximité du piston du capteur. Sur la face externe du disque (20) est fixé un cylindre creux (35), sur lequel est fixé un disque (36) percé d'un orifice traversé par une tige tubulaire (28), la tige-guide . Celle-ci est traversée, à une extrémité, par une autre tige (38). L'autre extrémité de la tige est fixée au disque (20) par le même dispositif employé avec la tige (37) sauf que le canal (33) est bouché hermétiquement à chaque bout. Les logements des deux tiges dans le disque (20) ne communiquent pas. La plaque de séparation (3) est percée d'un orifice cylindrique dans lequel est emboîté un tube (40), le tube-guide . Celui-ci est entouré par un anneau cylindrique (41). La tige (37) passe dans le tube (40) de diamètre intérieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de la tige. La plaque-butoir (4) est percée de trois orifices: un central et deux latéraux (26). Chaque trou latéral a un bord courbe, qui suit le tracé d'un cercle de diamètre égal au diamètre intérieur du cylindre (11), et un autre rectiligne parallèle et de longueur inférieure au diamètre du cercle. 2864841 5 Les bords rectilignes des deux trous sont parallèles. L'orifice central est cylindrique, de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de la tige (28) et inférieur à la distance qui sépare les bords rectilignes. Son centre est confondu avec celui du cercle. Chaque joint mobile est constitué d'une feuille de faible épaisseur comme une membrane, en matière plastique, pliée en deux et soudée selon un trait parallèle au pli pour former un cylindre creux. La constitution et le mode de fabrication de la gaine (42) sont identiques à ceux des joints. Les joints mobiles avant (43) et arrière (44) du capteur recouvrent en partie l'intérieur du cylindre (11). Le joint avant (45) de la pompe, recouvre en partie l'intérieur du cylindre (14). Chaque joint se retrousse au niveau de la zone de repliement (46), recouvre une partie des pistons (16) ou (17), et se retroussent à l'intérieur de ceux-ci. A une extrémité, chaque joint est pincé entre un premier anneau (47) ou (48) et le cylindre (11) ou (12), passe sur la face intérieure de l'anneau (49) ou (50), est de nouveau pincé entre un anneau (51) ou (52) et le cylindre (11) ou (12), avant de se plier vers l'intérieur de la chambre. A l'autre extrémité chaque joint est pincé entre I'anneau (53) ou (54) et l'intérieur du cylindre (18) ou (19). Chaque anneau (24),(25), (47), (48), (49), (50), (51), (52), (53) ou (54) est découpé dans un cylindre creux puis fendu. Selon une variante de l'invention, chaque anneau peut être un élément découpé dans une feuille partiellement flexible, par exemple en matière plastique comme du polystyrène ou du polychlorure de vinyle, capable lorsque on l'introduit dans un cylindre creux d'épouser la forme de la paroi intérieure. La fente (55) est alors matérialisée par le rapprochement des bords. Les anneaux (47), (48), (51), (52), (53) et (54) sont amovibles et percés d'un trou, d'un coté de la fente (55), par lequel passe un fil noué à ses extrémités pour former une boucle (56). Elle permet, en tirant dessus, de les enlever. Les anneaux (24), (25), (49) et (50) sont fixes et dépourvus de boucle. De la paraffine fondue est versée, d'une part sur la tranche des anneaux (51) et (52) recouverts par un joint mobile, d'autre part dans l'espace compris entre les anneaux (53) ou (54) et le disque juste à coté d'eux (20) (21) ou (22), pour faire les joints d'étanchéité (57) et (58). La gaine (42) dont le diamètre intérieur est au moins égal au diamètre extérieur de l'anneau (41), enveloppe une partie de la tige (37), les anneaux (34) et (41) et une partie du tube (40). Elle est fixée à chaque bout par deux fils (59), un de chaque coté de l'anneau (34) ou (41), enroulés plusieurs fois autour de la gaine et noués à leurs extrémités. Chaque joint d'étanchéité (60), obtenu en versant de la paraffine fondue, recouvre d'un coté une des extrémités de la gaine et de l'autre une partie de la tige (37) ou du tube (40). L'espace intérieur du capteur est divisé en trois. La chambre avant (61), est remplie d'eau grâce aux orifices (26) de la plaque (4). La pression varie donc en fonction du passage des vagues. La chambre arrière (62) est remplie d'air de pression constante. La chambre intermédiaire (63) contient aussi de l'air de pression constante toujours inférieure à celles des chambres (61) et (62), et contrôlée par le tube (15). L'espace intérieur de la pompe est divisé en deux. La chambre arrière (65) contient de l'air dont la pression constante est toujours inférieure à celle de la chambre avant (64) également remplie d'air. Des dispositifs appropriés qui ne font pas l'objet du brevet, règlent la pression dans la chambre (63) par le tube (15), dans la chambre (62) par les canaux (66) et dans la chambre (65) par les canaux (67). Ces canaux sont percés dans l'épaisseur de la plaque (3). Lorsque tout est assemblé, les axes de symétrie des cylindres (11) et (12) , et celui du tube (40) sont alignés et passent par le centre de l'orifice central de la plaque (4). Sous l'effet de l'augmentation de la pression consécutive à l'élévation de la hauteur d'eau, le piston du capteur se déplace vers la plaque (3) entraînant celui de la pompe, lequel comprime l'air de la chambre (64) qui s'évacue par la soupape (68). Celle (69) qui contrôle l'arrivée d'air est alors fermée. Lorsque la hauteur de l'eau diminue, la pression dans la chambre (62), aidée par la différence de pression entre les chambres (64) et (65), déplace les pistons en sens inverse. De l'air est alors aspiré par la soupape (69), l'autre (68) étant fermée. Ce mouvement est guidé par le passage de la tige (37) dans le tube (40) et celui de la tige (28) dans l'orifice central de la plaque (4). Il est limité dans son amplitude par la tige (38) et le disque (36) qui butent sur la plaque (4). La gaine (42) suit le déplacement en empêchant tout échange d'air entre les chambres (62) et (65). Chaque joint mobile garde la forme que lui impose la différence de pression entre les chambres qu'il sépare, pendant toute la durée du mouvement des pistons. Suivant le sens de ce déplacement, pour chaque joint la membrane s'éloigne de la chemise (14) ou de l'enveloppe (11) au niveau de la zone de repliement (46) et entre en contact avec le piston ou inversement. La zone de repliement (46) est toujours engagée dans l'espace compris entre chaque piston et le corps dans lequel il est logé, comme cela est illustré dans les figures 3 et 4. Grâce à ce système, les forces de frottement sont très faibles et permettent à l'ensemble des deux pistons de réagir rapidement aux variations de pression. L'appareil, prévu pour flotter, est retenu sous l'eau et proche de la surface par des câbles accrochés à un socle posé sur le fond marin. Ceuxci le maintiennent de telle sorte que les axes de symétrie des cylindres (11) et (12) soient à peu prés verticaux. L'énergie produite sous forme d'air comprimé peut servir à produire de l'électricité. 7 REVENDICATIONS, 1) Un dispositif qui utilise les variations de pression générées par la houle pour produire de l'air comprimé caractérisé par un cylindre creux (11), par deux ensembles de trois anneaux (47) (49) et (51) emboîtés chacun dans le cylindre (11), à une extrémité différente et servant à fixer les joints mobiles (43) et (44), par un tuyau (15) enfoncé dans un orifice percé dans la paroi du cylindre (11) et entre les anneaux (47), par un joint mobile (43) fixé à l'avant du piston (17) et à l'avant du cylindre (11), par un autre joint mobile (44) fixé à l'arrière du cylindre (11) et à l'arrière du piston (17), par un cylindre creux (12) dans lequel est emboîté un élément plus court en forme de cylindre creux (14) prolongé à l'avant par un ensemble de trois anneaux (48) (50) et (52) destinés à fixer le joint mobile (45) par une extrémité, l'autre étant fixée à l'avant du piston (16) lequel est relié au piston (17) grâce à une tige (37) enveloppée en partie d'une gaine (42) fixée sur cette tige à proximité du piston (17). 2) Un dispositif selon la revendication 1 constitué d'un piston (16) caractérisé par un disque (23) percé de plusieurs trous dont un au centre et d'un autre disque (21), ces disques étant bloqués en frottant contre la paroi interne du cylindre creux (19) dans lequel ils sont emboîtés depuis une extrémité différente, chaque disque butant contre la tranche d'un des deux anneaux (25) emboîtés dans le cylindre (19). 3) Un dispositif, selon les revendications précédentes, constitué d'un piston (17) caractérisé d'une part, par un disque (20) sur la face externe duquel est fixé un système pour limiter l'amplitude du mouvement des pistons (16) et (17), d'autre part, par un disque (23) percé de plusieurs trous dont un au centre, chaque disque étant emboîté depuis une extrémité, différente pour chaque disque, dans un cylindre creux (18), bloqué en frottant contre la paroi interne de ce cylindre et butant contre la tranche d'un des deux anneaux (24). 4) Un dispositif, selon les revendications précédentes, constitué d'un système pour limiter l'amplitude du mouvement des pistons caractérisé par une tige (28) traversée à une extrémité par une tige (38) de diamètre inférieur, fixée par l'autre extrémité au centre de la face externe du disque (20), maintenue dans l'alignement de la tige (37) en traversant l'orifice percé dans le disque (36) fixé à l'extrémité du cylindre creux (35) lui même fixé par son autre extrémité sur la face externe du disque (20). 5) Un dispositif, selon les revendications précédentes, caractérisé par des joints mobiles (43) (44) et (45) constitués d'une feuille de faible épaisseur comme une membrane, en matière plastique, pliée en deux, soudée selon un trait parallèle au pli pour former un cylindre creux de diamètre extérieur au moins égal au diamètre intérieur du cylindre (11) pour les joints (43) et (44), et à celui du cylindre (12) pour le joint (45). 2864841 8 6) Un dispositif, selon les revendications précédentes, caractérisé par une gaine (42) constituée d'une feuille de faible épaisseur comme une membrane, en matière plastique, pliée en deux, soudée selon un trait parallèle au pli pour former un cylindre creux de diamètre intérieur au moins égal au diamètre extérieur de l'anneau (41). 7) Un dispositif selon les revendications précédentes, dans lequel la fixation de la gaine (42) sur la tige (37) est caractérisé par un anneau entourant la tige (37), fixé dessus à proximité du piston (17), et par deux fils (59), un de chaque coté de l'anneau, enroulés plusieurs fois autour de la gaine et noués à leurs extrémités. 8) Un dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que les anneaux (24), (25), (47), (48), (49), (50), (51), (52), (53) et (54) présentent une fente (55) telle que d'une part, lorsque les bords de chaque coté sont face à face, en prenant appui l'un contre l'autre ils plaquent chaque anneau contre la paroi interne du cylindre dans lequel il est placé et d'autre part, lorsque les bords ne sont plus face à face, il soit possible de réduire le diamètre de l'anneau grâce à sa flexibilité partielle. 9) Un dispositif; selon les revendications précédentes, dans lequel les anneaux (47) (48) (51) (52) (53) et (54) sont caractérisés par un trou percé d'un coté de la fente (55) et dans lequel passe un fil noué à ses extrémités pour former une boucle (56). 10) Un dispositif, selon les revendications précédentes, dans lequel la fixation de chaque joint mobile (43) (44) ou (45) à l'un ou l'autre des cylindres (11) et (12), est caractérisée par le fait que le joint est pincé entre l'anneau (47) ou (48) et le cylindre, recouvre l'intérieur de l'anneau (49) ou (50), est pincé entre l'anneau (51) ou (52) dont il recouvre la tranche en se pliant vers I'intérieur du cylindre (11) ou (12) . 11) Un dispositif, selon les revendications précédentes, dans lequel la fixation de chaque joint (43) (44) ou (45) à l'un ou l'autre des pistons (16) et (17) est caractérisé par le fait que le joint est pincé entre l'anneau (53) ou (54) et le cylindre (18) ou (19). 12) Un dispositif; selon les revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour faire des joints d'étanchéité, une matière, solide après refroidissement, est versée après l'avoir fait fondre par chauffage, premièrement sur la tranche des anneaux (51) et (52), chacun recouvert d'un joint mobile, deuxièmement sur la face interne du cylindre (18) entre l'anneau (53) et le disque (20) ou (22) juste à coté de lui, troisièmement sur la face interne du cylindre (19), entre l'anneau (54) et le disque (21), quatrièmement sur l'extrémité de la gaine (42) entre l'anneau, fixé sur la tige (37), et le piston (17).