Brevet FR2948422A1 — publié le 20110128

-1- La présente invention concerne un dispositif producteur d'énergie mécanique, par immersion totale ou partielle, pour obtenir la rotation d'une turbine, dans une densité de fluides différente, dans les deux sens du flux des courants maritimes ou dans un sens pour les courants de rivière. Les pâles de la turbine circulent dans une cloche supérieure étanche immergée ou à l'air libre. Immergée en totalité l'air y est emprisonnée par leur rapport volumique, sans application bien sûr, si elle se trouve au dessus du niveau. Par le principe d'Archimède équipées de caissons à ballast, elle peut être transportée par voie maritime en flottant et être coulée sur sa zone d'exploitation ou changée de place à volonté. Les Ballasts sont utilisables aussi pour procéder en surface à des réparations ou des entretiens importants dans la partie au dessus de son niveau de flottaison. L'ensemble est particulièrement destiné à être construit en béton armé ou de masse, sous une forme préférentielle non-exhaustive comme de l'acier par exemple. Le dispositif selon l'invention canalise par ses formes les courants marins ou de rivière dans un tunnel sur la partie inférieure d'une roue à aubes, dont le retour à contre sens se fait dans une cloche d'air emprisonné par les pressions d'immersion et la pression atmosphérique. La rotation et le captage des fluides est similaire dans deux sens du flux des liquides, en raison de la symétrie des formes des éléments qui constituent le dispositif. Une accélération en raison de ces formes crée une force de compression plus forte à l'entrée du tunnel par restriction et une dépression à l'arrière, ce qui accélère le fluide. Le retour des pales dans l'air de la cloche d'une densité huit cent fois inférieure, en limite les charges contraires, pour rendre le dispositif le plus productif possible. Dans le cas d'une mise en exploitation rivière ou marée ce n'est pas un critère impératif, avec l'adaptation d'une turbine équipée un dispositif de mise en drapeau 1/4 de tour suivant la figure 5. Le dispositif sous cette forme préférentielle est -2- particulièrement étudié et dessiné, pour obtenir les meilleurs rendements hydrauliques de résistance mécanique, de transport et de fonctionnement, d'immersion ou de renflouement, ainsi que pour sa stabilité en surface, par des ballasts et des zones de lestage positionnées en rapport à ses axes de basculement en flottaison. Elle est spécialement étudiée pour être construite en béton de masse ou armée, mais aussi en acier, ou en tout autres matériaux composites utilisables à sa réalisation, de façon partielle ou complète. Le dispositif selon l'invention de la figure 1 est représenté en éclaté et en coupe sous une forme préférentielle proportionnelle aux volumes occupés par l'air des caissons (3) pour compenser sa masse finale, suivant la densité des matériaux utilisés à sa construction, sans limitation de volume ou de masse. Les volumes des ballasts (19) fou lés par les cloches (3) la base (17) sont définis et localisés en ces points précis du dispositif pour lui assurer la meilleure stabilité en flottaison et un lest maximum en immersion, pour éviter des ancrages externes. Ces Formes générales sont d'extrêmes importances, pour canaliser et accélérer les fluides avec la création d'un tunnel symétrique aux deux sens potentiels des fluides, des courants maritimes côtiers de marée ou d'échanges océaniques. Les dessins annexés illustrent l'invention. La figure 1 représente le dispositif de l'invention sous une forme préférentielle avec les différents composants assemblables, incluant les options potentielles de forme des pales de la turbine, sans limitation de celles-ci ou des systèmes d'entretien et de protection. La figure 2 représente le dispositif assemblé avec divers équipements mécaniques. La figure 3 représente le dispositif sous une forme préférentielle, équipé d'un modèle de turbines multiples et diverses options de sécurité de transport ou de renflouage. -3- La figure 4 représente en tranche le dispositif de restriction et de canalisation du fluide réversible aux deux sens du fluide, pour maintenir l'air dans la cloche dans sa version totalement immergée, avec un niveau d'air et d'eau dans sa cloche supérieure. La figure 5 représente en tranche le dispositif d'une version sous une forme préférentielle, les ailes de la turbine en version semi immergée pivotent d'un quart de tour, pour obtenir une mise en drapeau au retour dans l'eau, pour une variation des coefficients de forme des ailes, dans la cloche de la turbine s'il elle est inondée. La figure 6 représente en coupe le dispositif dans une version semi-immergée. La figure 7 représente le dispositif en condition d'immersion totale et dans une version semi immergée de mise en utilisation ou de mise en place, sous une forme préférentielle en mer pour courants océaniques, de marée ou rivières. En référence à ces dessins, le dispositif figure 1 comporte une cloche supérieure (1) emprisonnant de l'air sous la pression des fluides, dans laquelle en retour les pales d'une turbine (2) rotative sur des paliers (10) retournent au niveau inférieur à son axe, dans un tunnel à fluide créé par les caissons (3) et la base (17) avec des chambres de ballastage (19) d'air ou d'eau équipées de sas (9) et (12) avec des portes étanches d'accès inférieur (25) et supérieur (24), pour permettre à l'ensemble une flottabilité ou un lestage due à la masse propre des matériaux de sa construction. Ces caissons (3) ballastés, dé-ballastés (19) avec de l'eau et les pompes submersibles (14) ou l'addition d'air extérieur par une pompe à air commerciales classiques à palette (15). Une autre option est possible avec un conduit (21) posé avec le câble électrique immergé (22) figure 3 vers la terre via un compresseur terrestre ou tout autre dispositif, comme par une réserve de bouteille (23) d'air comprimé sous pression et interne aux caissons (3) de la figure 2 pour remplacer l'eau par l'air, en dépassant les valeurs des pressions à la profondeur d'immersion. -4- Les passages (12) et (9) donnent accès à des plongeurs pour des opérations sur les éléments mécaniques, pour le contrôle de l'installation technique et l'entretien des éléments, sans procéder à sa remise à flot, qui elle est réservée à de grosse opération de maintenance, comme le remplacement du multiplicateur (4) du générateur (5) ou des paliers (10) de turbine. L'ensemble intégré dans une chambre étanche en immersion ou par son ouverture en flottaison, après fermeture des sas (24) et (25) des accès (12) et (9) des caissons étanches à ballast (3) sur ses gongs (11) du battant (7) à l'aide du vérin hydraulique (26) d'ouverture ou de fermeture, sur les joints (27) d'étanchéité. La force hydraulique appliquée aux vérins (26) ou au vérin (18) pour un auto nettoyage par relevage de la grille (6) de protection de la turbine ou de sécurité aux plongeurs, peut avoir une source interne, par pompe manuelle ou mécanique, pompe hydraulique (16) et des automatismes comme pour l'air de ballastage. Une tuyauterie (20) peut provenir aussi d'une station de gestion terrestre pour l'air comme pour l'hydraulique. Des tiges d'assemblages (13) et (8) solidarisent l'ensemble des 4 éléments du dispositif. La base (17) les deux caissons à ballast (3) et la cloche supérieure (1). La figure 2 représente le dispositif assemblé en condition immergée avec le câble (23) pour transférer l'électricité produite par le générateur (5) vers la terre pour être mis-en réseau avec les asservissements optionnels. Comme l'air à ballast (19) ou les pressions hydrauliques (16), vers une cabine de contrôle à terre, mais encore pour des interconnections avec d'autres turbines. La grille (6) par le vérin (18) pivote d'un quart de tour vers le haut et s'auto-nettoie des éléments potentiels charriés par les courants (Algues û bois flottant û plastic) pour protéger les pales en rotation. Les Tirants (28) raidisseurs de transport anti torsion pendant la navigation. La grille (6) est indispensable à la sécurité des plongeurs ou des mammifères marins. -5- La figure 3 représente le dispositif sous une forme préférentielle de grande puissance équipé d'un modèle de turbines (2) multiples sur des paliers intermédiaires (29) et diverses options, réserve d'air bouteille pour ballastage (23) point d'arrimage (30) pour son transport en flottaison, levage pour sa mise en place en exploitation. La figure 4 représente en tranche le dispositif immergée, la restriction du fluide dans le tunnel formé par les caissons à ballast (3) et la base (17) avec un volet (31) qui pivote sur son axe (33) au deux sens du fluide par la bielle (34) à l'aide d'un vérin (32) pour maintenir l'air dans la cloche (1) en créant une restriction (delta P) opposé au sens du fluide qui permet ainsi de stabilisé l'air emprisonné dans la cloche (1) par égalisation des pressions au niveau Air/Eau sur toute sa surface. Cette restriction est réglable aux sens du flux et à sa vitesse de déplacement dans le tunnel d'accès à la pale inférieure de la turbine (2) la supérieure en retour dans l'air en rotation sur les paliers (10). L'ensemble est symétrique dans ces formes au 2 sens des flux liquides. Les tiges (13) et (8) assurent l'assemblage des divers composants du dispositif. La formule de calcul de puissance en version totalement immergée est P =1/2 PnSV3. La figure 5 représente en tranche le dispositif d'une version sous une forme préférentielle, pour une exploitation semi immergée en rivière ou en version marémotrice, avec mise en drapeau au retour dans les liquides pour une variation des coefficients de forme des ailes (2), dans la cloche (1) avec un quart de tour des pales de la turbine (2) qui peut alors fonctionner sans air interne, mais avec un rendement inférieur relatif aux coefficients de forme. Plate aux sens du flux et forme goutte d'eau au retour. Le calcul de sa force est alors F = m.g.H - Soit Mètre x gravité x Hauteur. La figure 6 représente le dispositif semi-immergé dans une forme préférentielle avec une turbine (2) à pales fixes, avec de l'air dans la cloche (1) maintenue en place -6- par la restriction créé par le plateau réglable (31) à l'aide du vérin (32) et la bielle (34) en tournant sur l'axe (33). Le niveau amont et aval son différent et la formule F = m.g.H doit être appliquée, dans cette configuration marémotrice et rivières ou courants côtiers, mais avec une profondeur relative au dessin B de la figure 7. La figure 7 représente le dispositif en configuration d'exploitation et en transport Dans une version immergée A et une version B semi-immergée à titre d'exemple. Le dispositif est particulièrement étudié pour être construite en béton de masse et mise en place à grande distance par voie maritime avec un coulage en place par déballastage des caissons (3). Les formes symétriques circulaires des ballasts (1) de la base (17) et de la cloche (1) sont étudiées pour la navigation, la canalisation des fluides, la stabilité générale de l'ensemble, sur son axe de retournement en flottaison, comme en conditions d'exploitations, le dôme de la cloche (1) protège la turbine (2) des forces de la houle, en semi-immergée et crée un barrage pour un niveau supérieur amont et fait office de déversoir pour les trop-pleins en aval. REVENDICATIONS1) Dispositif d'hydrolienne en version submersible ou semi-submersible à caisson ballast (3) air/eau, équipé d'une cloche supérieure (1) à fluides, caractérisé en ce que ces éléments forment un tunnel avec la base (17), équipé d'un volet (31) mobile sur son axe (33) afin de créer une restriction de passage du fluide, par variation de sa section en aval du sens des courants de marées côtiers ou océaniques et de rivières, pour obtenir une pression supérieure en amont suivant le Delta P de cet étranglement aval réglable, afin de stabiliser et d'équilibrer au niveau de la surface de base de la cloche (1) des liquides ou des gaz emprisonnés dans celle-ci, ainsi que de créer une accélération du liquide dans la tuyère ou tunnel résultant de ses formes convergentes. Une simple application pour un IO homme de métier de �Effet Venturi ou du théorème de Bernoulli�. 2) Dispositif d'hydrolienne selon la revendication 1 caractérisé en ce que la disposition et la symétrie convergente des formes des caissons à ballast (3) aux extrémités la base (17) équipé du volet (31) inclinable sur son axe (33) par le vérin (32) et la cloche , posée sur l'ensemble : Sont déterminantes pour créer : Par une 15 restriction en aval réversible aux variations du sens des courants, un tunnel à pression stabilisée en amont et une accélération des fluides dans le passage des pales (10) en rotation du cycle inférieur et moteur, de la turbine (2) sur les paliers (29). 3) Dispositif d'hydrolienne selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'il fonctionne, par retour des pales (10) de la turbine (2) dans son 20 cycle de rotation supérieur dans la cloche (1) pour les présenter au sens du courant amont, quelque soit sa configuration d'utilisation en totale et semi- immersion ou en barrage de rivière, avec un fluide stabilisé dans la cloche (1) par la pression d'immersion et par la pression amont relative à l'étranglement du tunnel, ou que la cloche (1) n'est pas immergée et présente un niveau amont égal ou supérieur au niveau aval. 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les turbines (2) dans leur cycle supérieur de rotation à l'intérieur de la cloche (1) peuvent aussi fonctionner, même si son volume est totalement immergée, par leur capacité de mise en drapeau d'un quart de tour de ses pales (10), sur un principe relatif à la différence de coefficients de formes hydrodynamiques en présentant sa surface plate au sens du flux et en gouttes d'eau au retour, dans les fluides de la cloche (1) même si cela affecte en pratique sa productivité. Les Turbines (2) peuvent être multiples. 5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les caissons (3) à ballasts reliés et assemblés par des tirants (8) à la cloche (1) supérieure et les tirants (13) pour la base (17) inférieure, constitue un ensemble flottant par le principe d°Archimède stable sur son axe de rotation, par la position de ses chambres à fluides air/eau (19) à ses extrémités et au dessus de la base (17) en lest inférieur pour sa pose sur les fonds marins, par ballastage d'eau (19) ou d'un nouveau renflouement, par remplissage avec de l'air d'une réserve (23) interne ou d'une conduite (21) d'air terrestre, pour des interventions d'entretien ou de réparation en surface. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est particulièrement étudié, pour une construction préférentielles structurelle en béton de masse ou arn_é n jur résister aux courants forts de marrée ou de rivière ainsi qu'à la houle de surface sur sa cloche (1) en version semi-immergée et pour une pose sans ancrage externe, relative à la masse élevée propre du matériau de construction. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le tunnel de passage des fluides ou tourne la turbine (2) et les pales (10) est protégé par des grilles (6) au deux sens, Elles sont auto-nettoyables par leur relevage d'un quart de tour par le vérin (18) sur le courant, pour dégager les encombrants potentiels.-9- 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que qu'il est équipé de raidisseurs (28) d'anti-torsion, de flexion pour des turbines (2) multiples sur des paliers (29) pour une reprise de charges dans la cloche (1), pour des unités de très grandes longueurs, pour son transport maritime en place par forte houle, mais aussi pour les contraintes des appuis au sol, sur la base (17). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est équipé de chambres étanches sur le joint (27) formées par la cloche (1) et les battants (7) mobiles sur leurs gongs (11) à l'aide du vérins hydraulique (26) pour recevoir hors eau un générateur (5) avec son multiplicateur de vitesse (4) ainsi que les équipements électriques de contrôles, de servitudes ou de connections ainsi que d'autres accessoires à sec, ouvrable en surface et en flottaison pour les gros entretiens et des réparations, avec une autre possibilité d'accès via des passages (12) et (9) par des sas (25) et (24) étanches pour une maintenance régulière ou des contrôles visuels, par un plongeur en immersion totale ou partielle.