Brevet FR2887935A1 — publié le 20070105

SYSTEME ET PROCEDE DE FORCE MOTRICE La présente invention a pour objet à titre de produit industriel nouveau, un système et procédé de conversion d'énergie permettant de transformer le delta de température de l'eau de mer entre la surface et les profondeurs en une chute d'eau. On connaît déjà des procédés de conversion d'énergie permettant de transformer le delta de température de l'eau de mer entre la surface et les profondeurs en une force motrice. Ainsi, l'industriel français Georges CLAUDE a réalisé en 1929 à Cuba et en 1937 au large d'Abidjan, une telle conversion. Le principe consista à mettre en oeuvre un système de conversion thermodynamique à cycle fermé. Il était constitué de deux échangeurs de chaleur entre lesquels a été placé une turbine. Le premier échangeur était un bouilleur et le deuxième, un condenseur, tandis que de l'ammoniaque était utilisé en tant que médium. En sortie de condenseur le condensa était redirigé vers le bouilleur pour y être réinjecté. Ce système fonctionna quelque temps, mais les inconvénients techniques et économiques, largement repris par les médias à l'époque, ne permirent pas à cette technologie d'aboutir à une issue industrielle. On connaît encore un système de conversion à cycle ouvert où de l'eau tiède est 20 évaporée sous faible pression soit 3/100e d'atmosphère. La vapeur passe dans une enceinte à pression très faible et entraîne une turbine, mais une partie importante de l'énergie produite est réutilisée sur place pour le pompage de l'eau. D'autre part, les turbines utilisées doivent être de très grande taille. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et se rapporte à un procédé et système thermodynamique de conversion de l'énergie permettant de transformer le delta de température de l'eau de mer entre la surface et les profondeurs en une force motrice Ladite force motrice obtenue étant une chute d'eau qui alimente une turbine hydraulique. Les propriétés physiques exploitées par ledit procédé et système sont exclusivement celles du delta de densité entre l'eau chaude et l'eau froide et de la variation desdites densités provoquée par le réchauffement de l'eau froide venant du fond de la mer et le refroidissement de l'eau chaude venant de la surface de la mer. Les opérations de réchauffage et de refroidissement sont réalisées dans un échangeur de 35 chaleur à contre-courant plongé dans la mer et dans lequel on obtient dans l'une de ses deux enceintes un niveau plus bas que le niveau de la mer. Ledit niveau plus bas reçoit une chute d'eau chaude venue de la surface de la mer, chute d'eau qui alimente au passage une turbine, créant ainsi une force motrice. Une génératrice d'électricité est adjointe à ladite turbine et forme un turboalternateur. L'invention sera bien comprise en se référant à la description ci-dessous, ainsi qu'aux figures annexées et dont: la fig. 1 est un exposé théorique pour une meilleure compréhension de la présente invention la fig. 2 est une vue en coupe verticale de la présente invention, la fig. 3 est une vue en coupe verticale de la présente invention incluant un turboalternateur, la fig. 4 est une vue en coupe verticale de la présente invention comportant une sortie rallongée, la fig. 5 est une vue en coupe verticale de la présente invention incluant un deuxième 50 turboalternateur, La Fig. 6 représente une variante du présent système et procédé. Pour la bonne compréhension de la présente invention, il est représenté sur la figure 1) un tube isotherme aux dix stades d'une expérience. Ce tube est plongé dans un bain d'eau maintenue à 30 , et sa partie supérieure déborde de la surface (11) dudit bain, tandis que l'eau pénètre ou sort dudit tube par son 5 ouverture inférieure. Au stade (1), la température de l'eau à l'intérieur dudit tube n'est pas modifiée, elle est donc de 30 comme celle dudit bain. On constate que la surface (12) de l'eau dans ce tube est donc au même niveau que celle dudit bain. Au stade (2), on chauffe l'eau à l'intérieur dudit tube à 40 et de ce fait on constate que le 10 niveau de sa surface(13) est plus élevé que la surface dudit bain. Au stade (3), on chauffe l'eau à l'intérieur dudit tube à 50 et de ce fait on constate que le niveau de sa surface(14) a encore monté. Au stade (4), on arrête le chauffage et la température retombe à 30 au bout d'un certain temps puis on constate que le niveau de sa surface(15) est retombé au même niveau 1 5 que celui dudit bain. Au stade (5), on refroidit l'eau à l'intérieur dudit tube à 20 et de ce fait on constate que le niveau de sa surface(16) est plus bas que la surface dudit bain. Au stade (6), on refroidit l'eau à l'intérieur dudit tube à 10 et de ce fait on constate que le niveau de sa surface(17) a encore baissé. Au stade (7), on ouvre une vanne qui déverse par une chute de l'eau dudit bain de 30 à l'intérieur dudit tube. Au moment de l'ouverture, le niveau de sa surface (18) est encore égal au stade (6) Au stade (8), la vanne est toujours ouverte et le tube se remplit tandis que le niveau de sa surface(19) est plus bas que la surface dudit bain. Au stade (9), la vanne est toujours ouverte, le tube s'est remplit et le niveau de sa surface(20) est redevenu égal à la surface dudit bain. Au stade (10), la vanne est toujours ouverte mais on refroidit l'eau à l'intérieur dudit tube à 10 et de ce fait on constate que le niveau de sa surface(16) est à nouveau plus bas que la surface dudit bain. Ce niveau plus bas est appelé niveau d'équilibre. L'eau de surface chute aussi longtemps que l'on refroidit l'eau présente dans ledit tube à une température inférieure à celle dudit bain, D'autre part, dès que le niveau d'eau dans le tube a tendance à dépasser le niveau d'équilibre, l'excès d'eau s'échappe par le bas du tube. La chute d'eau entre la sortie de la vanne et ledit niveau d'équilibre constitue une force 35 motrice si elle est convertie par un mécanisme comme une turbine hydraulique. La présente invention comporte une première enceinte (21), réalisée dans un matériau bon conducteur thermique ouvert à ses deux extrémités (22) et (23) et muni d'une vanne (24). Une deuxième enceinte (25) réalisée dans un matériau isotherme, ouvert à ses deux extrémités (26) et (27), est disposée autour de ladite première enceinte (24) et elle est munis d'une vanne (28). Ces deux enceintes sont concentriques, et longilignes, elles forment deux conduits et constituent un échangeur de chaleur coaxial à contre-courant. Ledit échangeur est plongé dans la mer en position sensiblement verticale. La partie supérieure de ladite première enceinte (21) est située à hauteur de la surface de la mer (29) et la partie inférieure de ladite deuxième enceinte (25) se prolonge vers les profondeurs du fond marin. Une turbine hydraulique (34) est disposée dans ladite partie haute de ladite première enceinte, et entraîne une génératrice d'électricité. Ledit échangeur est maintenu en place par un encrage sur le fond marin ( 29) et il comporte des flotteurs ( 38). Ledit échangeur est mis en place à un lieu ou l'on dispose d'une différence de température intéressante entre la surface des mers et leurs profondeurs. Les mers tropicales du Sud conviennent particulièrement bien. Ledit échangeur ainsi constitué permet de réaliser un cycle thermodynamique particulièrement original, cycle qui se décompose comme suit: - montée d'eau froide (32) venant du fond de la mer dans ladite enceinte extérieur ( 25), - chute d'eau chaude (39) venant de la surface de la mer, dans ladite enceinte intérieur 24 (21), - échange de calories et de frigories à travers les parois de ladite enceinte intérieure, ayant pour conséquence, - le refroidissement, de I' eau (31) présente dans l'enceinte intérieure et sont alourdissement, - le maintien d'un niveau plus bas (33) dans cette enceinte intérieure, que le niveau de la 30 surface de la mer, ce niveau plus bas est appelé niveau critique, -la mise en circulation du haut vers le bas de l'eau présente dans cette enceinte intérieure -1' expulsion par le bas de l'eau du trop-plein dudit niveau critique, et ayant encore pour conséquence - le réchauffement de l'eau présente dans l'enceinte extérieure et son allègement, 35 - la mise en circulation du bas vers le haut de l'eau présente dans cette enceinte extérieure, Ces dispositions qui provoque l'alourdissement continuel de l'eau dans l'enceinte intérieure (21) et l'allègement continuel de l'eau dans l'enceinte extérieure (25) entretien un cycle thermodynamique ouvert et continu qui permet ainsi de maintenir dans l'enceinte intérieure (31) un niveau d'eau plus bas que celui de la surface de la mer et d'entretenir 41 ainsi ladite chute d'eau (39). 10 15 La présente invention met en oeuvre le principe d'Archimède par l'utilisation de deux volumes d'eau de mer de densité et de température différentes dont l'on inverse entre eux la valeur de chacune de leurs densités, par l'inversion entre eux de chacune de leurs températures, l'inversion desdites températures est effectuée dans un échangeur de chaleur, plongé dans la mer, encré au fond de la mer, et muni de flotteurs, l'échangeur est du type à contre courant, et du type sensiblement vertical, et du type longiligne, 1 0 et du type à deux compartiments, et du type à deux compartiments qui sont deux enceintes, et dont une enceinte intérieure (21) est réalisée préférentiellement avec un matériau bon conducteur thermique et constitue les parois d'échanges thermiques dudit échangeur de chaleur, et dont l'autre enceinte extérieure (25) est réalisée préférentiellement avec un matériau isolant isotherme, et dont lesdites deux enceintes sont disposées de façon coaxiale, l'une intérieure est entourée par l'autre extérieure, et dont chacune desdites deux enceintes comporte au moins une ouverture à sa partie 20 sensiblement inférieure et au moins une autre ouverture à sa partie sensiblement supérieure, et dont lesdites ouvertures sont disposées à des niveaux de profondeur adéquats de la mer afin de provoquer une auto-circulation desdits volumes d'eau dans lesdites enceintes, et dont ladite circulation d'eau se fait du haut vers le bas dans l'une desdites enceintes, et dont ladite enceinte ou ladite circulation se fait du haut vers le bas est ladite enceinte intérieure, et dont ladite circulation d'eau se fait du bas vers le haut dans l'autre desdites enceintes, et dont ladite enceinte ou ladite circulation se fait du bas vers le haut est ladite enceinte 30 extérieure, et dont lesdits niveaux de profondeur adéquats de la mer sont définis en fonction de la température de l'eau aux dits niveaux, et dont ladite ouverture (22) d'entrée d'eau de la partie supérieure de ladite enceinte intérieure est disposée sensiblement au niveau le plus haut, c'est-à-dire à la surface de la 35 mer, et dont ladite ouverture ( 26) d'entrée d'eau de la partie inférieure de ladite enceinte extérieure est disposée sensiblement au niveau le plus froid, c'est-à-dire vers le fond de la mer, et dont ladite ouverture (23) de sortie d'eau de la partie inférieure de ladite enceinte 40 intérieure se trouve à un niveau où la température de la mer est plus élevée que la température de l'eau sortant de ladite ouverture, et dont ladite ouverture (27) située sensiblement à la partie supérieure de ladite enceinte extérieure se trouve à un niveau où la température de la mer est moins élevée que la température de l'eau sortant de ladite ouverture, et dont les éléments ci-dessus ainsi disposés et agencés ont pour résultat de créer dans ladite enceinte intérieure un niveau d'eau plus bas que le niveau de la surface de la mer, et dont ledit niveau plus bas reçoit une chute d'eau en provenance de la surface de la mer par ladite ouverture supérieure (22)de ladite enceinte intérieure, et dont ladite chute d'eau alimente une turbine hydraulique et constitue une force motrice 50 et dont ladite turbine entraîne une génératrice d'électricité, La présente invention présente de nouveaux effets techniques qui sont: - de permettre de créer une différence de niveau d'eau entre la surface de la mer et l'eau de cette mer contenue dans une enceinte, - sans avoir recours à un apport d'énergie autre que celui contenu dans le delta de 5 température de l' eau de mer entre la surface et les profondeurs de cette mer, - sans avoir recours à un changement de phase de cette eau, - sans avoir recours à un médium quelconque comme l'ammoniaque ou l'air, - sans avoir recours à un mécanisme ou élément en mouvement, - de créer une différence de niveau d'eau entre la surface de la mer et l'eau de cette mer 10 contenue dans une enceinte par des moyens uniquement statiques et par lesquels seule ladite eau est en mouvement, La présente invention a de nombreux avantages dont la grande simplicité des moyens mis en oeuvre pour produire de l'énergie fait rend ce procédé et système particulièrement fiable. La présente invention n'est pas limitée à la description ci-dessus à laquelle de nombreuses modifications peuvent être apportées sans pour autant sortir de son champs d'application. Ainsi l'ouverture (26) peut être équipée d'une rallonge (35) qui se déploie vers le fond de la mer et un deuxième turboalternateur (36) peut être disposé dans cette rallonge. La disposition desdites enceintes peut être inversée, l'enceinte qui reçoit l'eau du haut vers le bas peut être disposée à l'extérieur et celle qui reçoit l'eau du bas vers le haut peut être placée à l'intérieur. Lesdites ouvertures peuvent être situées à un niveau autre que ledit niveau adéquat. Ledit échangeur peut avoir un nombre de compartiments supérieure que représenté. 25 Ledit échangeur peut être disposé sur un bateau ou sur une plate-forme. Ledit échangeur peut être élevé à partir du fond marin. Ledit échangeur peut être placé dans un bassin ou un récipient ou les températures requises sont créées par un apport d'énergie de calories ou de frigories extérieures. Un générateur thermoélectrique, peut être disposé dans ledit échangeur de chaleur de manière à bénéficier gratuitement de l'apport de calories et de frigories du présent système et procédé. Pour démarrer ledit cycle thermodynamique on met en mouvement l'un ou l'autre desdits fluides avec des moyens extérieurs, comme des pompes. Ledit échangeur peut présenter toutes sortes de configurations, de compartiments, de dimensions, être réalisé dans toutes sortes de matériaux, être disposé de toutes sortes de façons et à toutes sortes d'endroits ou de profondeurs être muni de toutes sortes 37 d'équipements ou d'appareillages sans pour autant sortir de sont champ d'application Une variante permet non pas de créer un niveau plus bas que celui de la mer, mais un niveau plus haut que ce dernier. Une chute d'eau dans la mer est alors possible à partir de ce niveau plus haut et une turbine hydraulique y est disposée. Pour un tel résultat le procédé et cycle mis en oeuvre se décompose ainsi: - montée d'eau (41) venant du fond de la mer, dans une enceinte (42) à un niveau supérieur à celui de la mer, puis chute (47) de cette eau dans la mer (46), - descente d'eau chaude (43) venant de la surface de la mer dans une autre enceinte (45), - échange de calories et de frigories à travers les parois desdites enceintes, ayant pour conséquence: -la mise en circulation du bas vers le haut de l'eau présente dans l'enceinte (42), -le réchauffement, de l'eau présente dans cette enceinte (42) et son allègement, - le maintien d'un niveau plus haut (44) dans cette enceinte (42), que le niveau de la 1 5 surface de la mer, -l'expulsion par le haut de l'eau du trop-plein dudit niveau critique, et encore pour conséquence: - la mise en circulation du haut vers le bas de l'eau, présente dans l'enceinte (45), - le refroidissement de l'eau présente dans l'enceinte (45) et son alourdissement, Le cycle thermodynamique ainsi réalisé qui provoque l'allégement continuel de l'eau dans l'enceinte (42) et le refroidissement continuel de l'eau dans l'enceinte (45) entretient un cycle thermodynamique ouvert et continu qui permet ainsi de maintenir dans l'enceinte 23 (45) un niveau d'eau plus haut que celui de ladite surface de la mer (46), 2887935 -7- REVENDICATIONS 1) Système de conversion de l' énergie contenue dans le delta de température existant dans del' eau de mer entre la surface et la profondeur, caractérisé en ce que ledit système comporte des moyens lui permettant de se dispenser d'un changement de phase, et en ce que ledit système comporte des moyens lui permettant de se dispenser de tous médiums dont l'air ou l'ammoniaque, et en ce que ledit système comporte des moyens lui permettant de se dispenser de tout éléments mécaniques en mouvement, et en ce que le dit système comporte des moyens uniquement statiques où seule ladite eau est en mouvement, et en ce que ledit système comporte des moyens le dispensant d'avoir recours à un apport d'énergie autre que celle contenue dans le delta de température de cette eau entre la surface et la profondeur de la mer, et en ce que lesdits moyens permettent de créer et de maintenir une différence de niveau d'eau entre la surface de la mer et l'eau de cette mer contenue dans une enceinte, et en ce que ladite différence s'exprime par la création d'un niveau d'eau plus bas ou un niveau d'eau plus haute dans ladite enceinte que le niveau de la mer, et en ce que lesdits moyens consistent à mettre en oeuvre de manière originale le principe d'Archimède par l'utilisation de deux volumes d'eau de densités et de températures différentes dont on inverse entre eux la valeur de chacune de leurs densités, par l'inversion de leurs températures, et en ce que l'inversion desdites températures est effectuée dans un échangeur de 25 chaleur immergé dans la mer, disposé sensiblement verticalement, encré au fond de la mer et muni de flotteurs (38), et en ce que ledit échangeur comprend deux enceintes (25, 21 et 45, 41) et en ce que chacune desdites deux enceintes comporte au moins une ouverture à sa partie sensiblement inférieure et au moins une autre ouverture à sa partie 30 sensiblement supérieure, et en ce que lesdites ouvertures sont disposées à des niveaux de profondeur adéquats de la mer afin de provoquer une auto-circulation desdits volumes d'eau dans lesdites enceintes, et en ce que ladite circulation d'eau se fait du haut vers le bas dans l'une desdites 35 enceintes, 15 20 w et en ce que ladite circulation d'eau se fait du bas vers le haut dans l'autre desdites enceintes, et en ce que lesdits niveaux de profondeur adéquats sont définis en fonction de la température de l'eau aux dits niveaux, et en ce que les éléments ci-dessus ainsi disposés et agencés ont pour résultat de créer dans lesdites enceintes un niveau d'eau, appelé niveau critique, différent du niveau de la surface de la mer, et en ce que une chute d'eau a lieu entre la différence desdits niveaux, cette chute d'eau constituant une force hydraulique, et en ce que ladite chute d'eau alimente une turbine hydraulique (34) qui entraîne une génératrice d'électricité, 2) Système selon la revendication 1) caractérisé en ce que l'enceinte intérieure (21) est réalisée préférentiellement avec un matériau bon conducteur thermique et qui constitue les parois d'échange thermique dudit échangeur de chaleur, 1 5 3) Système selon les revendications 1) et 2), caractérisé en ce que l'enceinte extérieure ( 25, 41) est réalisée préférentiellement avec un matériau isolant thermique. 4) Système selon les revendications 1), 2) et 3) caractérisé en ce qu'un générateur thermoélectrique est disposé dans ledit échangeur afin de bénéficier de l'apport de 20 calories et de frigories présentes dans ledit échangeur. 5) Procédé de conversion de I' énergie contenue dans le delta de température existant dans del' eau de mer entre la surface et la profondeur caractérisé en ce que ledit cycle dudit procédé se décompose ainsi, - montée d'eau (41) venant du fond de la mer, dans une enceinte (42) à un niveau supérieur à celui de la mer, puis chute (47) de cette eau dans la mer (46), - descente d'eau chaude (43) venant de la surface de la mer dans une autre enceinte (45), - échange de calories et de frigories à travers les parois desdites enceintes, ayant pour conséquence, -la mise en circulation du bas vers le haut de l'eau présente dans l'enceinte (42), -le réchauffement, de l'eau présente dans cette enceinte (42) et son allègement, - le maintien d'un niveau plus haut (44) dans cette enceinte (42), que le niveau de la surface de la mer, -l'expulsion par le haut de l'eau du trop-plein dudit niveau critique, et encore pour conséquence, -la mise en circulation du haut vers le bas de l'eau, présente dans l'enceinte (45), - le refroidissement de l'eau présente dans l'enceinte (45) et son alourdissement, et en ce que le cycle thermodynamique ainsi réalisé qui provoque l'allègement continuel de l'eau dans l'enceinte (42) et le refroidissement continuel de l'eau dans l'enceinte (45) entretient un cycle thermodynamique ouvert et continu qui permet de maintenir dans l'enceinte ( 42) un niveau d'eau plus haut que celui de ladite surface 42 de la mer (46), 6) Procédé caractérisé en ce que ledit cycle dudit procédé se décompose ainsi, - montée d'eau froide (32) venant du fond dans une enceinte (25), - chute d'eau chaude (39) venant de la surface dans une autre enceinte (21), - échange de calories et de frigories à travers les parois desdites enceintes, 5 ayant pour conséquence, - la mise en circulation du haut vers le bas de l'eau présente dans cette enceinte (21), - le refroidissement de l'eau présente dans l'enceinte (21) et son alourdissement, - le maintien d'un niveau plus bas (33) dans cette enceinte 21, que le niveau de la surface de la mer, -l'expulsion par le bas de l'eau du trop-plein dudit niveau critique, et encore pour conséquence, - la mise en circulation du bas vers le haut de l'eau, présente dans cette enceinte (25), - le réchauffement de l'eau présente dans l'enceinte (25) et son allègement, et en ce que le cycle thermodynamique ainsi réalisé qui provoque l'alourdissement 1 5 continuel de l'eau dans l'enceinte (21) et l'allègement continuel de l'eau dans l'enceinte (25) entretient le cycle thermodynamique ouvert et continu qui permet ainsi de maintenir dans l'enceinte intérieure un niveau d'eau plus bas que celui de la surface de la mer, 7) Procédé selon les revendications 5) et 6) caractérisé en ce que pour démarrer ledit 20 cycle thermodynamique, on met en mouvement l'un ou l'autre desdits fluides avec des moyens extérieurs, comme des pompes, et en ce que une turbine hydraulique est disposée dans la dite chute d'eau pour la convertir en une force motrice, 24 et en ce que une génératrice d'électricité est entraînée par ladite turbine.