Brevet FR2943742A1 — publié le 20101001

HOULOMOTRICE EQUIPEE D'UN TRANSDUCTEUR DE HOULE CONVERTISSANT DIRECTEMENT L'ENERGIE CINETIQUE DE LA HOULE EN MOUVEMENT ROTATIF CONTINU. Domaines techniques de l'invention : Machines motrices pour utilisation de l'énergie des vagues. - Classification CIB8 avancée, Base : Brevets Français F03B 13/12 machines motrices pour utilisation de l'énergie des vagues ou des marées. F03B 13/14 machines motrices pour utilisation de l'énergie des vagues. F03B 13/16 machines motrices pour utilisation du mouvement relatif entre un élément déplacé 10 par les vagues et un autre élément. F03B 13/20 machines motrices pour utilisation du mouvement relatif entre un élément déplacé par les vagues et un autre élément, les deux éléments étant mobiles par rapport au fond ou au bord de la mer. B63B NAVIRES OU AUTRES ENGINS FLOTTANTS. 15 B63B 1/10 à coques multiples. B63B 1/ les coques étant reliées rigidement les unes aux autres. B63B 1/20 ayant plus d'une surface portante. B63B 35/00 navires ou structures flottantes analogues adaptés à des fins particulières. B63B 35/44 plates-formes de forage ou ateliers flottants. 20 État de la technique antérieure. Houlomotrice équipée d'un transducteur de houle convertissant directement l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif continu. Les machines captant l'énergie de la houle (23) peuvent être classées sous plusieurs catégories : - Les installations fixes exploitant deux forces antagonistes sous l'action de la houle (23) et de leur 25 ancrage au fond : - Cas des technologies: Aegir Dynamo, EnGen, PS Frog, Resolute WEC, etc. Ces technologies ne peuvent suivre les amplitudes de marnage des marées, leur rendement est aléatoire et relativement faible. Très souvent, l'unité de production est solidaire du point d'ancrage, la maintenance et l'entretien sont complexes. 30 - Les installations flottantes de type bouées ou colonne d'eau oscillante : Cas des technologies : Brandi Generator, Direct Energy Conversion Method (DECM), Electricity Generation Wave Pump (EGWAP), Floating Wave Powered Generator, Hidroflot, Magnetohydrodynamic (MHD) Wave EnergyConverter (MWEC), Manchester Bobber, Oregon State University / Columbia Power Technologies Direct-Drive Point Absorber, Oscillating Device, OWEC 35 Ocean Wave Energy Converter (OWEC), Trondheim Point Absorber, WaveBob, etc. Ces technologies utilisent principalement des générateurs linéaires, les rotors fonctionnent en va et vient, ils ne peuvent produire régulièrement. Les installations provoquant la compression d'un fluide puis le turbinage de ce fluide : Cas des technologies : Archimedes Wave Swing, C5, CEÎO (Cylindrical Energy Transfer Oscillator), F03/Buldra, MotorWave, Multi Energy Device, Ocean Powered Compressed Air Stations, Ocean Treader, OMI Combined Energy System, Pelamis, PowerBuoy (PB-40; PB-150), Rho-Cee, Salter Duck, Sloped IBS Buoy, SARAHS Pump, SeaDog, SEAREV, SurfPower, TETRON, Titan Platform, WaterWave Pump (WWP), Waveberg, WaveBlanket, WaveMaster, WET-NZ, etc. Ces technologies utilisent des mécanismes pistons, vérins, articulations, pompes, tous exposés à la corrosion. Le rendement global final est relativement faible car il s'agit d'un rendement de compression d'un fluide, puis d'un rendement de turbinage (rendement du rendement de compression). Les installations utilisant des rampes de déversement : Cas des technologies : Wave Energy AS, Wave Dragon Ltd, WavePlane A/S, etc. Ces technologies ne récupèrent qu'une partie de l'énergie de la houle (23) (une partie de la crête de houle (24), le rendement est également affaibli par la perte du frottement de la houle (23) sur la rampe. L'invention décrite ci-dessous supprime tous les inconvénients cités ci-dessus tout en apportant des techniques nouvelles, et une industrialisation facile. Exposé de l'invention. Le transducteur de houle de cette houlomotrice, converti directement l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif continu. Il possède les avantages suivants : C'est un système flottant, il est insensible au marnage des marées. C'est un système de surface, il récupère l'onde de houle (23) en surface, là où l'énergie cinétique de la houle (23) est la plus importante. - Il transforme directement (en une seule opération) l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif continu sans passer par des phases intermédiaires telles que compression d'un fluide puis turbinage de ce fluide, son rendement est maximal. li nécessite une infrastructure génie civil minimale, (maintenu depuis des bittes d'amarrage (17) à un ou plusieurs corps morts). - Toute la structure en contact avec la mer et les embruns peut être réalisée en polyester ou composite inaltérable et inoxydable, elle ne subit aucune corrosion. Toutes les parties mécaniques et génératrice sont isolées dans un caisson étanche à l'abri de l'eau et des embruns (corrosion minimale). La mécanique de conversion de l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif est hyper simple, elle est réduite à : un châssis (5) , deux paliers (8), un volant de déséquilibre monté coaxialement sur un axe (11), elle est particulièrement fiable et nécessite un minimum d'entretien. 5 10 15 20 25 30 35 En particulier, l'invention se rapporte à une houlomotrice équipée d'un transducteur de houle convertissant directement l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif continu, comprenant : Une plate-forme flottante constituée d'une plate-forme (4) reposant sûr : trois flotteurs (1-2-3) équirépartis aux extrémités de ladite plate-forme (4), � la réunion des centres des trois flotteurs (1-2-3) construisant un triangle équilatéral dont: la longueur des cotés est égale à une demi-fois (1/2) la longueur d'onde de la houle (23) (longueur d'onde de houle = la distance séparant2 crêtes (24) ou 2 creux de houle (25)), - le centre de ce triangle est coaxial au centre de ladite plate-forme (4) ; un châssis (5) transducteur constitué de : deux flasques (6) maintenues parallèles entre elles par: - une pluralité d'entretoises (7) avec un minimum de trois entretoises (7) équiréparties en périphérie des dites flasques (6), chaque flasque (6) est aménagée en son centre pour recevoir coaxialement : un palier (8) équipé de : un ou plusieurs roulements (9) montés coaxialernent à l'intérieur dudit palier (8), ce(s) roulement(s) (9) sont spécialement conçus pour accepter les efforts axiaux et radiaux ; les axes réciproques de chaque palier (8) de chaque flasque (6) sont coaxiaux ; ledit châssis (5) est monté, fixé à la plate-forme (4) de cette façon : La flasque (6) inférieure du châssis (5) est adjacente à la plate-forme (4), le centre de cette flasque (6) et le centre de cette plate-forme (4) sont coaxiaux, l'axe de rotation des paliers (8) et roulements (9) s'élève verticalement depuis le centre de la plate-forme (4) ; un rotor (10) lui-même constitué de : un axe (11) monté coaxialement au(x) roulement(s) de chaque paliers (8) de chaque flasque (6) du châssis (5) transducteur, le dit axe (11) est aménagé en son centre pour recevoir un dispositif de couplage (clavette ou cannelure), l'extrémité supérieure de l'axe (11), montée coaxialement au palier (8) supérieur est alésée et cannelée dans le but d'être couplée directement à un générateur multipolaire (13) ou à un multiplicateur(22) alimentant un générateur standard (14) ; un volant de déséquilibre (12) monté coaxialement à l'axe (11) dudit rotor (10), ledit volant de déséquilibre (12) est constitué par un volant amputé d'une partie de son corps sur un minimum de 180 degrés, ledit axe (11) est aménagé en son centre pour recevoir le dispositif de couplage à l'axe (11) cité ci-dessus (clavette ou cannelure) ; un générateur électrique multipolaire (13) monté de cette façon : la flasque du générateur (13) correspondant à la sortie de son axe rotor générateur, est montée, fixée adjacente à la flasque (6) supérieure du châssis (5) transducteur, - les axes (Il) rotor (10) transducteur et rotor générateur sont coaxiaux, - les axes (11), rotor (10) transducteur et rotor générateur, sont couplés entre eux ; une cloche de couverture (15) destinée à protéger toute la mécanique et le générateur, des embruns et de l'humidité ; ladite cloche de couverture (15) est aménagée en sa périphérie pour recevoir: un sas d'entrée (16) ; trois bittes d'amarrage (17) disposées chacune coaxialement à l'axe central vertical de chaque flotteur (1, 2 ou 3). Eléments en options. Dans les cas où la houlomotrice est implantée sur une zone sujette à des houles (23) de différentes longueurs d'onde, la plate-forme (4) citée ci-dessus reposera sur : - Un châssis constitué de trois bras télescopiques (18) partant du centre de la plate-forme (4) avec leurs extrémités réciproques équi dirigées sur un même plan horizontal, à 120 degrés les unes des autres, chaque extrémité télescopique de ces bras sera montée et fixée au centre de la partie supérieure d'un flotteur(1, 2 ou 3). Les parties télescopiques des bras seront commandées par une commande (19 - 20- 21) de translation linéaire qui permettra d'ajuster l'écartement des flotteurs (1-2-3) de manière à les espacer entre eux d'une demie (1/2) longueur d'onde de houle (23) (réglage idéal). Les commandes de translation linéaire (19 - 20-- 21) des parties télescopiques des bras pourront utiliser tous types de translation linéaire existante (crémaillères, vis, vérins électriques ou hydrauliques, ou autres) sous réserves que ces commandes (19 - 20-- 21) soient synchronisées entre elles. Dans le cas d'utilisation d'un générateur standard (14), l'axe (11) de sortie du transducteur de houle sera couplé à l'axe d'entrée d'un multiplicateur (22) dont l'axe de sortie sera couplé au générateur standard (14), la technique de multiplication n'est pas limitative, elle pourra utiliser tous types de multiplication (poulies - courroies, pignons - chaînes, engrenages, hydraulique ou autres) ainsi que tous types de montages de multiplication (arbres parallèles, coaxial, coaxial à trains parallèles, coaxial planétaires, hélicoïdaux, ou autres) Explications des Figures. - La figure 1 est une vue isométrique de la houlomotrice, sans ses options, cloche de protection soulevée ; la figure 2 est un éclaté isométrique de la figure 1; - la figure 3 est une vue isométrique de la houlomotrice avec toutes les options, cloche de protection soulevée ; - la figure 4 est un éclaté isométrique de la figure 3 ; les figures 5, 6, 7, 8 représentent des vues trimétriques de la houlomotrice dans ses différentes assiettes sur l'onde de houle (23) ; la figure 5 représente une vue trimétrique de la houlomotrice en tangage plongeant ; la figure 6 représente une vue trimétrique de la houlomotrice en roulis tribord ; la figure 7 représente une vue trimétrique de la houlomotrice en tangage montant ; la figure 8 représente une vue trimétrique de la houlomotrice en roulis bâbord. La figure 9 représente (vue de dessous) d'un exemple possible de commande des bras télescopiques (18) par moteur électrique (21) couplé à un renvoi d'angles (20) avec les renvois couplés à des vis 5 synchronisées (19) assurant la translation des parties télescopiques des bras (18). Explications du fonctionnement de la Houlomotrice. Pour fonctionner correctement la houlomotrice doit être amarrée en surface à une ou plusieurs corps morts, de manière à positionner l'axe reliant le centre de deux flotteurs (ici 1 et 3) dans le même sens que le flux de propagation de la houle (23). 10 Une fois amarrée de la sorte, au cours d'une longueur d'onde de houle (23), les mouvements de la plate-forme (4) houlomotrice font se succéder et induire différentes assiettes à cette plate-forme (4) : - tangage avant plongeant, roulis tribord, tangage avant montant, 15 - roulis bâbord. Sur un parcours d'une longueur d'onde de houle (23), les conjugaisons des différents tangages et différents roulis provoqueront la rotation du volant de déséquilibre (12) et par conséquent la rotation du rotor (10) d'un tour, � le nombre de tours de rotation du rotor (10) est égal à la fréquence de la houle (23) Détail et explications de ces différentes phases (pour une meilleure explication, nous supposerons que le flux de 20 propagation de la houle (23) est orienté Nord � Sud, la plate-forme sera amarrée à un ou plusieurs corps morts de manière à positionner l'axe reliant le centre des flotteurs (1) et (3) dans la même orientation Nord � Sud) : - au départ la plate-forme (4) houlomotrice est en position de tangage plongeant � figure 5 � : - le flotteur (1) est au creux de houle (25), le flotteur (2) est à mi-houle, 25 - le flotteur (3) est en crête de houle (24), le rotor (10) positionne son volant en direction du creux de houle (25), le volant sera alors orienté au Nord ; un quart de longueur d'onde après l'étape qui précède, la plate-forme (4) houlomotrice commence à monter sur la houle et se positionne en roulis tribord � figure 6 � : 30 - le flotteur (1) est à mi-houle, le flotteur (2) est au creux de houle (25), - le flotteur (3) est à mi-houle au même niveau que le flotteur (1), en conséquence les flotteurs (1) et (3) chevauchent le creux de houle (25), - le rotor (10) positionne son volant en direction du creux de houle (25), 35 - Le volant ira s'orienterà l'Est, le rotor (10) aura effectué une rotation horaire de 90 degrés par rapport à l'étape qui précède ; un quart de longueur d'onde après l'étape qui précède, la plate-forme (4) houlomotrice continue à monter sur la houle et se positionne en tangage montant � figure 7 � : - le flotteur (1) est en crête de houle (24), le flotteur (2) est à mi-houle, le flotteur (3) est au creux de houle (25), le rotor (10) positionne son volant en direction du creux de houle (25), le volant ira s'orienter au Sud, le rotor (10) aura effectué une rotation horaire de 90 degrés par rapport à l'étape qui précède ; un quart de longueur d'onde après l'étape qui précède, la plate-forme (4) houlomotrice se trouve en haut de l'onde de houle et se positionne en roulis bâbord � figure 8 � : - le flotteur (1) est à mi-houle, - le flotteur (2) est en crête de houle (24), - le flotteur (3) est à mi-houle au même niveau que le flotteur (1), en conséquence les flotteurs (1) et (3) chevauchent une crête de houle (24), le rotor (10) positionne son volant entre les flotteurs (1) et (3), le volant ira s'orienter à l'Ouest, le rotor (10) aura effectué une rotation horaire de 90 degrés par rapport à l'étape qui précède ; un quart de longueur d'onde après l'étape qui précède, la plate-forme (4) houlomotrice se repositionne en tangage plongeant, revenant à la position initiale de départ � figure 5 � : le rotor (10) reprenant sa position initiale après avoir effectué depuis la première étape, une révolution complète sur son axe de rotation ; la plate-forme (4) houlomotrice aura subit une longueur d'onde de houle (23), le rotor (10) aura effectué une révolution complète sur son axe de rotation. En résumé, les flotteurs (ici 1 et 3) dont les centres sont alignés dans le même sens que le flux de propagation de houle (23) assureront le tangage de la plate-forme, l'autre flotteur (2) assurera le roulis de ladite plate-forme. Les conjugaisons tangage et roulis provoqueront un rotulage de la plate-forme (4) et par voie de conséquence la rotation du rotor. Légende des figures : N° sur Dessin Désignation N° sur Dessin Désignation 1 Flotteur 1 13 Générateur Multipolaire 2 Flotteur2 14 Générateur standard 3 Flotteur 3 15 Cloche de couverture 4 Plate-forme 16 Sas d'entrée Châssis transducteur de houle 17 Bitte d'amarrage 6 Flasque Châssis transducteur 18 Bras télescopique 7 Entretoise châssis transducteur 19 Commande translation 8 Palier 20 Renvoi d'angle translation 9 Roulement 21 Moteur commande bras Rotor transducteur 22 , Multiplicateur 11 Axe rotor transducteur 23 Houle 12 Volant de déséquilibre rotor 24 Crête de houle 25 Creux de houle REVENDICATIONS1. Houlomotrice équipée d'un transducteur de houle convertissant directement l'énergie cinétique de la houle (23) en mouvement rotatif continu, caractérisée en ce qu'elle comprend : une plate-forme flottante comprenant: trois flotteurs (1-2-3) équirépartis aux extrémités de ladite plate-forme (4), � la réunion des centres des trois flotteurs (1-2-3) construisant un triangle équilatéral dont : - la longueur des côtés est égale à une demi-fois (1/2) la longueur d'onde de la houle (23), - le centre de ce triangle est coaxial au centre de ladite plate-forme (4) ; un châssis (5) transducteur constitué de : deux flasques (6) maintenues parallèles entre elles par : une pluralité d'entretoises (7) avec un minimum de trois entretoises (7) équiréparties en périphérie des dites flasques (6), chaque flasque (6) est aménagée en son centre pour recevoir coaxialement : un palier (8) équipé de : un ou plusieurs roulements (9) montés coaxialement à l'intérieur dudit palier (8), ce(s) roulement(s) (9) sont spécialement conçus pour accepter les efforts axiaux et radiaux; les axes réciproques de chaque palier (8) de chaque flasque (6) sont coaxiaux; - ledit châssis (5) est monté, fixé à la plate-forme (4) de cette façon : La flasque (6) inférieure du châssis (5) est adjacente à la plate-forme (4), - le centre de cette flasque (6) et le centre de cette plate-forme (4) sont coaxiaux, - l'axe de rotation des paliers (8) et roulements (9) s'élève verticalement depuis le centre de la plate-forme (4) ; un rotor (10) lui-même constitué de : un axe (11) monté coaxialement au(x) roulement(s) de chaque paliers (8) de chaque flasque (6) du châssis (5) transducteur, le dit axe (11) est aménagé en son centre pour recevoir un dispositif de couplage, l'extrémité supérieure de l'axe (11), montée coaxialement au palier (8) supérieur est alésée et cannelée dans le but d'être couplée directement à un générateur multipolaire (13) ou à un multiplicateur (22) alimentant un générateur standard (14) ; un volant de déséquilibre (12) monté coaxialement à l'axe (11) dudit rotor (10), ledit volant de déséquilibre (12) est constitué par un volant amputé d'une partie de son corps sur un minimum de 180 degrés, ledit axe (11) est aménagé en son centre pour recevoir le dispositif de couplage à l'axe (11) cité ci-dessus ;un générateur électrique multipolaire (13) monté de cette façon : la flasque du générateur (13) correspondant à la sortie de son axe rotor générateur, est montée, fixée adjacente à la flasque (6) supérieure du châssis (5) transducteur, les axes (11) rotor (10) transducteur et rotor générateur sont coaxiaux, les axes (11), rotor (10) transducteur et rotor générateur, sont couplés entre eux une cloche de couverture (15) destinée à protéger toute la mécanique et le générateur, des embruns et de l'humidité ; ladite cloche de couverture (15) est aménagée en sa périphérie pour recevoir: - un sas d'entrée (16) ; trois bittes d'amarrage (17) disposées chacune coaxialement à l'axe central vertical de chaque flotteur (1, 2 ou 3); 2. Houlomotrice selon la revendication 1 caractérisée en ce que, sur des zones sujettes à des houles (23) de différentes longueurs d'onde, la plate-forme (4) citée ci-dessus repose sur: un châssis constitué de trois bras télescopiques (18) partant du centre de la plate-forme (4) avec leurs extrémités réciproques équi dirigées sur un même plan horizontal, à 120 degrés les unes des autres, chaque extrémité télescopique de ces brassera montée et fixée au centre de la partie supérieure d'un flotteur (1, 2 ou 3); Les parties télescopiques des bras seront commandées par une commande (19 - 20- 21) de translation linéaire qui permettra d'ajuster l'écartement des flotteurs (1-2-3) de manière à les espacer entre eux d'une demie (1/2) longueur d'onde de houle (23) ; Les commandes de translation linéaire (19 - 20- 21) des parties télescopiques des bras pourront utiliser tous types de translation linéaire existant sous réserves que ces commandes (19 - 20- 21) soient synchronisées entre elles. 25 3. Houlomotrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que, dans les cas d'utilisation d'un générateur standard (14), l'axe (11) de sortie du transducteur de houle sera couplé à l'axe d'entrée d'un multiplicateur (22) dont l'axe de sortie sera couplé au générateur standard (14), 4. Houlomotrice selon l'une des précédentes revendication s, caractérisée en ce qu'elle est amarrée en surface à un ou plusieurs corps morts, de manière à positionner l'axe reliant le centre de deux flotteurs 30 (1 et 3) dans le même sens que le flux de propagation de la houle (23). 10 15 20