Brevet FR2905993A1 — publié le 20080321

-1- L'invention est celle d'un procédé pour produire de l'énergie et améliorer le rendement des autres dispositifs (éoliennes, capteurs solaires etc.). S'il faut un vent d'environ 100Km/h pour avoir une poussée de 50kg sur une surface d'1m2, avec la pesanteur, il ne faut que 5cm d'eau pour avoir la même pression. Si l'énergie d'un vent est plus ou moins forte en fonction d'une surface de voile, celle de la pesanteur dépend du volume et de la masse des substances utilisées. Dans les conduites forcées de nos centrales hydroélectriques, nous pouvons avoir jusqu'à 1800 tonnes de pression par m2. La centrale de Bieudron, en Suisse, peut passer de 0 à 1200MW en moins de 3 minutes grâce à un dénivelé de 1800m. La puissance d'une conduite forcée d'eau est donnée par la formule : P (en watt) = D (débit en litre par seconde) x H (hauteur du dénivelé) x 9,81 (accélération de la pesanteur) . La formule autant que les faits nous montrent que la puissance d'un petit débit d'eau peut être multipliée par la pesanteur. Un débit d'1 m3/s, est potentiellement porteur de 10KW pour une chute d'1 m, mais son énergie est de 10MW s'il sort d'un tuyau qui descend de 1000m. La pesanteur peut donc être puissante à condition d'avoir un débit suffisant et des réserves d'eau à des altitudes élevées. Mais faire des barrages n'est pas bon pour l'environnement, et monter l'eau des vallées consommerait toute l'énergie qu'elle produirait en descendant. La solution serait-elle donc inintéressante ? Peut-être pas. Dans la nature, l'eau est montée sous forme de vapeur. Pourquoi ne pas essayer d'améliorer cette méthode ? De l'éther, transformé en vapeur grâce à la dépression produite par un petit compresseur qui le liquéfie ensuite en le comprimant, coule avec le même débit si le récipient source se trouve au même niveau ou s'il se trouve 13m en contrebas. L'intensité du débit, qui est influencée par la chaleur du milieu où se trouve le récipient source, ne l'est pas par la distance et la hauteur du dénivelé. Si nous recherchons ce qui contribue le plus à l'obtention d'un débit important dans ce processus-là, nous trouvons le fluide, les matériaux utilisés et leur forme, les pressions et températures, l'efficacité des pompes et compresseurs... mais pas le dénivelé. Le procédé de l'invention a donc pour but de reproduire le cycle naturel de l'évaporation et condensation, mais en l'améliorant dans le but d'obtenir un 2905993 -2-débit maximum en consommant le moins possible d'énergie. Le procédé est aussi un moyen pour améliorer le rendement des autres sources d'énergie douces (éoliennes, solaires et pompes à chaleur). Le procédé utilise un fluide qui entre en ébullition à une température proche 5 de la température ambiante et qui se liquéfie dès qu'il est soumis à une pression relativement faible (butane, éther, alcool...le meilleur fluide est à déterminer). Le fluide circule en circuit fermé dans une conduite forcée qui comporte deux colonnes. Il est liquide dans la colonne (descendante) et gazeux dans l'autre (montante). A la base de la colonne liquide se trouve une turbine 10 suivie d'un évaporateur. Au sommet de l'édifice se trouve un compresseur suivi d'un condensateur. Des vannes permettent d'arrêter le système et de contrôler son débit lorsqu'un pilotage par la charge ne le permettra pas. Au repos, à l'arrêt, lorsque les vannes sont fermées et le compresseur arrêté, la pression du gaz au sommet des deux colonnes est très peu inférieur à celle de la vapeur 15 saturante (un peu plus faible dans la colonne montante où la surface du liquide qui s'évapore est plus basse. La vapeur étant saturée et la pression maximum des deux côtés, il n'y a pas d'évaporation ni d'un côté, ni de l'autre. Mais lorsque le compresseur est mis en route, quelle que soit sa puissance, il fait baisser la pression de la voie montante et donc évaporer du fluide, en même 20 temps qu'il produit sa condensation dans la voie descendante en faisant augmenter la pression. Il engendre donc un débit ; un débit proportionnel à la puissance du compresseur et aux capacités d'évaporation et de condensation du système qui dépendent du fluide utilisé. Un débit qui n'est pas réduit par la hauteur du dénivelé. Mais comme la production énergétique du dispositif 25 dépend à la fois du débit et du dénivelé, on peut penser que le surplus d'énergie qui découle du dénivelé est en mesure d'alimenter le compresseur, ce qui permettrait à l'ensemble d'être producteur d'énergie. Cette énergie ne serait pas créée, mais simplement prélevé à la pesanteur, comme nous prélevons celle du vent avec une turbine verticale. L'utilisation d'un changement de phase 30 pour que la force de la pesanteur ait moins d'effet d'un côté est fort comparable à la pression moins grande du vent sur les aubes remontantes d'une turbine verticale, celles qui remontent face au vent. Si la pesanteur est un phénomène matériel, ce mécanisme est théoriquement possible. 2905993 -3- La phase gazeuse permettrait donc de remonter (ou pomper) certains fluides en dépensant peu d'énergie. Si nous soutirons de l'eau d'un bassin, le trou occasionné se referme aussitôt. Les gaz font de même. Comme les liquides, ils n'acceptent pas le moindre déséquilibre. Si nous produisons une 5 baisse de pression à l'extrémité d'un grand volume de gaz, toutes ses molécules se repositionnent pour corriger le déséquilibre. Les molécules des gaz se répartissent très rapidement dans l'ensemble du volume disponible avec une pression identique (hormis un petit écart lié à leur masse volumique et à l'attraction de la pesanteur). 10 Le travail que fait le compresseur est d'autant plus réduit s'il est placé dans un milieu froid, et s'il est suivit d'un condensateur efficace. La condensation du fluide lui apportant une dépression sans cesse renouvelée qui allège d'autant son travail de compression. Si l'évaporation du fluide utilisé nécessite un apport de chaleur qui ne peut 15 pas être fournit par l'extérieur, il faudra ajouter un circuit fermé secondaire pour apporter à l'évaporateur la chaleur produite par le condensateur et, en même temps, apporter le froid émis par l'évaporateur au condensateur. Ce procédé serait peu consommateur d'énergie, puisque faire circuler un fluide caloporteur dans un circuit fermé nécessite peu d'énergie. 20 Le rendement d'une pompe à changement de phase dépend à la fois de l'efficacité de l'évaporation et de la condensation. Or, grâce au progrès dans le domaine des pompes à chaleur, des réfrigérants et de la liquéfaction, nous savons comment augmenter et concentrer le froid sur une zone précise. Si nous disposons d'un cours d'eau avec une eau à 4 C, nous savons l'utiliser 25 pour amener un gaz à se détendre en produisant une température de moins 10 C avec un compresseur qui consomme peu d'énergie. Avec le même procédé, nous pourrions prendre la chaleur à l'eau du cours d'eau réchauffée pour en produire une plus élevée dans une zone qui nous intéresse. Nous savons que le procédé peut consommer 4 fois moins d'énergie. 30 Les barrages hydroélectriques concentrent et rassemblent les eaux d'une vallée. On sait que l'union fait la force. La voie descendante du procédé l'exprime aussi, le liquide étant fort parce que ses molécules sont liées. Nous serions pénalisés s'il fallait remonter le fluide sous cette forme. Il est très difficile 2905993 -4- d'extraire cent individus d'une foule solidaire et liée, et très facile s'ils se repoussent mutuellement. Le système est économe parce que les molécules que le compresseur aspire (en phase gazeuse) se repoussent mutuellement. Elles ne sont pas liées les unes aux autres comme dans les liquides. 5 Les débits que le procédé permettra dépendront de l'efficacité de l'évaporateur. Or, nous savons qu'elle est liée à la surface d'évaporation. Plus elle est importante, plus l'évaporation est abondante. Le procédé fait donc appel à un nouveau type d'évaporateur vertical, qui multiplie la vitesse d'évaporation en pulvérisant le fluide sur des bâtons ou tubes verticaux très 10 chauds. En projetant le fluide sous forme de fines gouttelettes (qui sont des micros sphères), sa surface d'évaporation est maximale. Dans le cas où le fluide utilisé est de l'alcool ou de l'eau, la colonne montante doit être suffisamment chaude pour qu'il ne se condense pas avant d'atteindre le compresseur. L'une des solutions est de la chauffer avec de la 15 vapeur sous pression comme dans un autoclave. De la même façon, nous chaufferons les tubes verticaux de l'évaporateur. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1 est un schéma de principe du procédé La figure 2 montre comment chauffer l'évaporateur et la colonne montante avec 20 de la vapeur sous pression. La figure 3 représente un évaporateur vertical à eau pressurisée. En référence à ces dessins le procédé comporte une conduite forcée qui utilise un fluide en circuit fermé (9) qui est évaporé puis liquéfié à l'aide d'un compresseur (2) situé au plus haut niveau. Le compresseur aspire le gaz de la 25 colonne montante (3), le gaz qui vient d'un évaporateur (5), un évaporateur qui peut être chauffé par des dispositif extérieurs (4). Après le compresseur, le gaz traverse un condensateur (10) qui le liquéfie. Puis le liquide atteint une citerne (9) pour stabiliser son niveau. Il descend dans une conduite forcée (8) et actionne une turbine (6) qui permet de récolter l'énergie et le contrôle du débit. 30 Une vanne (7) permet une modulation de la puissance et l'arrêt du système. Dans la forme de réalisation selon la figure 2, l'évaporateur (5) et la colonne montante (3) sont chauffés par un gaz sous pression (12) qui provient de l'évaporation d'un liquide (11) qui est chauffé par une source d'énergie 2905993 -5- extérieure (4). L'ensemble est évidemment isolé (13), contrôlé électroniquement et protégé par une soupape de sécurité (14). Dans la forme de réalisation selon la figure 3, l'évaporateur est vertical. Le fluide qui vient de la turbine est pulvérisé (16) sur des bâtons ou tubes verticaux 5 très chauds (15). L'échauffement des tubes (15), et de la colonne montante (3) est assuré par de la vapeur sous pression (12). L'échauffement des tubes provient du fait qu'ils sont fermés en haut et ouverts en bas. Mais l'un d'entre eux (17) n'est pas fermé. Sa fonction est d'emplir le tube (12) avec de la vapeur sous pression très chaude. Ce tube particulier qui protège la colonne 10 montante (3), est donc un volume fermé (ce que le dessin ne montre pas). Ce volume fermé est recouvert d'un isolant (ce que le dessin n'indique pas) et aussi protégé par des soupapes de sécurité. Au bas de cet évaporateur autoclave, il y a évidemment un liquide chauffé (11) par une source d'énergie extérieure (4) et qui ne peut pas bouillir à cause de la pression. 15 Les domaines d'utilisation du procédé sont très variés. Grâce à l'évaporateur vertical, le système s'installerait dans des cheminées intégrées dans les immeubles. Il les rendrait autonomes énergétiquement. Les mâts porteurs des grandes éoliennes pourraient aussi les abriter. Nombre de collines et de montagnes pourraient être équipées. Enfin, nous pourrions atteindre des 20 très grandes puissances en offshore où l'énergie du vent et des courants marins est abondante. Les mers froides, animées de courants forts et par un incessant brassage des vagues, permettraient la conception de condensateurs très puissants. Les dispositifs seraient placés dans des tubes verticaux immergés qu'il suffirait d'amarrer au fond. Des colonnes de plusieurs centaines 25 de mètres et des débits de plusieurs m3/s devraient pouvoir ainsi nous fournir une énergie abondante, propre, bon marché et sans danger. REVENDICATIONS 1) Procédé pour produire de l'énergie avec une conduite forcée caractérisée par l'utilisation d'un fluide en circuit fermé (9) qui est évaporé puis liquéfié à l'aide d'un compresseur (2) situé au plus haut niveau. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par un circuit fermé secondaire pour apporter à l'évaporateur la chaleur produite par le condensateur et, en même temps, apporter le froid émis par l'évaporateur au condensateur. 3) Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le fluide qui vient de la turbine est pulvérisé (16) sur des bâtons ou des tubes verticaux très chauds (15). 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'évaporateur (5) et la colonne montante (3) sont chauffés par un gaz sous pression (12) qui provient de l'évaporation d'un liquide (Il).