Brevet FR3015797A1 — publié le 20150626

La présente invention concerne un dispositif de production d'énergie électrique à bord des navires marchands, des navires de pêche, des navires de guerre, et d'une manière générale tout type de navire ou de structure flottante. Dans ce qui suit nous désignerons toutes ces structures flottantes « le navire ». Le dispositif utilise le mouvement de roulis du navire pour créer une pression d'air d'un bord lorsque l'autre bord créé une dépression d'air. Ces mouvements d'air sont utilisés pour actionner des turbines à air unidirectionnelles pour produire de l'électricité, électricité venant en complément de l'énergie produite par les groupes électrogènes du bord, et pouvant être utilisé comme production d'énergie électrique de secours lors de black out. Le dispositif peut aussi être une production électrique raccordée à un réseau de distribution électrique terrestre. - Le système est destiné à améliorer l'efficacité énergétique de navires. - Le système peut être aussi appliqué à la production d'électricité en zone littorale. Les procédés de type OWC (Oscillating Water Colummn ) utilisent eux aussi les mouvements d'air crées par le mouvement d'eau dans des colonnes liquides. Ces installations, qu'elles soient terrestres ou flottantes, diffèrent fondamentalement de la présente invention, puisque dans les procédés OWC l'admission et le refoulement de l'air se fait dans le même collecteur, ce qui oblige à utiliser des turbines bidirectionnelles c'est-à-dire des turbines qui tournent toujours dans le même sens de rotation quelque soit le sens de traversé de l'air : - Soit des turbines Wells, à pales fixes, turbines ayant des rendements très faibles (0.3 à 0.4) - Soit des turbines avec inversions de pâles, qui combinent les désavantages d'un rendement faible, d'un investissement important, d'une maintenance lourde Pour clarifier on peut dire synthétiquement que les systèmes OWC et systèmes équivalents utilisent le mouvement des vagues lorsque la présente invention s'intéresse au mouvement du navire. 30 En effet, la houle à pour effet de rendre le navire mobile autour d'un axe longitudinal : ce mouvement est appelé roulis. Ce roulis est plus ou moins prononcé selon les caractéristiques propres du navire, la forme de sa coque et la répartition des poids de sa structure et de sa superstructure, de son chargement, de ses soutes et de ses ballastages. Le roulis se caractérise par une amplitude 8 et une période p. Il 35 peut être modifié par le bord en jouant sur les possibilités de ballastage. La présente invention consiste à disposer sur chaque bord du navire (par exemple dans l'espace « double coque » des navires modernes) deux volumes, que nous appellerons « les chambres » dans ce qui suit, chambres qui sont en communication : 40 - avec l'eau extérieure par le fond de la coque, - avec l'air extérieur par des collecteurs d'admission de l'air et de refoulement de l'air La figure 1 qui exprime graphiquement le principe général. La figure 2 décrit les mouvements d'eau et d'air permettant la production d'énergie au cours d'un roulis 45 complet du navire. Le roulis du navire engendre donc une montée de l'eau dans la chambre bâbord lorsque l'eau descend dans la chambre tribord, et vice et versa : il y a permanence du mouvement de l'air dans le collecteur d'admission et permanence du débit d'air dans le collecteur de refoulement. Ceci présente l'avantage par rapport aux 50 procédés OWC de pouvoir utiliser des turbines unidirectionnelles, turbines classiques avec des rendements importants. Des clapets d'admission (A bâbord et A tribord sur la figure 1) et de refoulement (R bâbord et R tribord sur la figure 1) sont disposés dans les hauts de chacune des chambres pour éviter l'égalité de pression. Ils sont à tarage variable 55 proportionnellement au marnage des colonnes. Le tarage variable des clapets peut être réalisé par différentes technologies disponibles dans le commerce : contre pression pneumatique, rappel à ressort, etc... Sur le diagramme de Carnot (figure 3) nous pouvons définir les données suivantes : - P1 : pression de l'admission soit une pression inférieure à la pression 60 atmosphérique. - P2 : pression de tarage des clapets de refoulement. Dans la pratique elle est exprimée en pression effectives et en mb (exemple 800 mb effectifs correspondent à (1013+800)/1013*100000 = 178 973 Pascals) Dans le cycle ou nous avons aspiration et compression nous avons : 65 - Entre 1 et 2 une compression de P1 à P2 - Entre 2 et 3 un refoulement d'air à la pression P2 - Entre 3 et 4 une détente du volume d'air de l'espace mort V3 de la pression P2 jusqu'à la pression P1 - Entre 4 et 1 l'admission d'un volume d'air neuf dans la cylindrée 70 On a donc : - V1 le volume de la cylindrée, exprimé en m3 - V3 le volume de l'espace mort, exprimé en m3 Pour le volume V3 nous aurons à tenir compte de la contre pression sur le plan d'eau du fait du tarage des clapets de refoulement. Il y aura ainsi à définir le volume 75 de l'espace mort V30 lorsqu'il n'y a pas de contre pression, pour en déduire le volume espace mort réel V3 tenant compte de la contre pression. - V1-V3 le volume balayé, exprimé en m3 - V1-V4 le volume d'air aspiré, exprimé en m3 - V2-V3 le volume refoulé à la pression P2 exprimé en m3 80 Dans ce qui suit nous noterons : - H : la hauteur à la flottaison des culasses, exprimé et utilisé dans les formules en m - 0 : l'amplitude du roulis, exprimé en degrés - S : la section des colonnes, exprimée en m2, 85 - EA : l'entre axe entre les deux axes des capacités, disposées de part et d'autre du navire, avec donc EA/2 l'écartement à l'axe du navire d'une capacité. EA exprimé et utilisé dans les formules m. La figure 4 exprime graphiquement les volumes en jeu. On peu montre que : - V1 : volume de la cylindrée EA V1 = (H + -2 tan COS 90 - V30 : volume de l'espace mort sans effet de la contre pression P2 EA V30 = (H - 2 tan 0)S - V1-V30 : volume balayé maximal : V1 - V30 = EA(ta n 0)S La pression de refoulement P2 ne doit pas empêcher l'eau de monter dans la chambre : lorsque la « colonne d'eau » dans la chambre est à son « point mort bas » la hauteur d'eau est égale à : TE - EA/2 tan e. Si la colonne d'eau monte sans aucune 95 contre pression la hauteur de la colonne sera égale à TE + EA/2 tan e. Cette différence de hauteur de l'eau, c'est-à-dire le marnage maximum M dans le tube est donc M EA tan 0 Pour que de l'eau monte, et donc que cette hausse du niveau expulse de l'air de la 100 cylindrée, il faut donc que P2 soit inférieur à ce marnage maximal, en mètre de colonne d'eau. Avec 1 m CE = 0.1 bars = 100 mb effectifs. P2 V3. On a la relation thermodynamique P2 = P1 (V2) qui devient -1 V2 = ) Y . Pour qu'il y ait refoulement, et que les chambres puissent produire de l'air surpressé, nous avons nécessairement besoin d'un Espace mort : 125 V3 REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'énergie électrique à bord des navires marchands, des navires de guerre, des navires de pêche, ou d'une manière générale de tout type de navire ou de structure flottante, par la récupération de l'énergie des mouvements alternatifs du roulis, récupération sur les mouvements d'air admis ou refoulé dans des capacités communicantes avec l'eau et disposées symétriquement de part et d'autre de la coque. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les turbines misent en rotation par les mouvements de l'air sont positionnées et sur l'air admis et sur l'air refoulé. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pression P2 de refoulement et la dépression d'admission P1 est variable selon le marnage de l'eau dans les capacités en communication avec l'extérieur. Figures pour les revendications : figures 1 et 2