Brevet FR3014505A1 — publié le 20150612

Dispositif d'optimisation de la valorisation de la quantité de mouvement d'un jet fluide pour la propulsion ou l'entraînement du fluide récepteur ou le mélange des deux fluides 1. Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un dispositif d'optimisation de la valorisation de la quantité de mouvement d'un jet fluide dans un milieu récepteur infini ou confiné. La valorisation concernera soit la propulsion d'un engin aérien ou sous-marin, soit la mise en mouvement d'une grande masse d'eau du milieu récepteur, soit le mélange du fluide du jet avec celui du milieu récepteur. Les fluides du jet et du milieu récepteur seront de même état : liquide ou gazeux. Le problème que propose de résoudre l'invention est donc celui de l'optimisation de la valorisation de la quantité de mouvement d'un jet fluide pour l'ensemble des utilisations listées ci-avant et précisées ci-après. Le milieu récepteur peut être de dimensions infinies à l'échelle du dispositif comme par exemple le milieu marin ou l'atmosphère. Il peut aussi être confiné comme dans le cas de procédés industriels ou d'applications à l'intérieur de bâtiments de quelque nature qu'ils soient. En mode propulsion, l'invention trouvera notamment des applications pour la 20 propulsion des engins sous-marins autonomes, pour lesquels le rendement propulsif est un élément majeur de la durée d'autonomie. En mode entraînement du milieu récepteur, l'invention pourra être mise à profit pour l'agitation de réservoirs fermés ou semi-ouverts comme les ports ou les marinas afin d'en contrôler l'oxygénation. 25 En mode mélangeur, l'invention trouve notamment des applications dans le cas de rejets dans le milieu naturel. Il peut s'agir par exemple d'émissaires de rejet d'eau chargée en sortie de stations d'épuration, d'eau chaude ou froide rejetée par des dispositifs de pompe à chaleur, d'eau à forte salinité rejetée par les usines de désalinisation, d'eau froide d'usine de regazéification de gaz liquide, 30 d'eau chaude de dispositif de refroidissement de centrale nucléaire ou de mélanges gazeux rejetés dans l'atmosphère par les cheminées d'industries. Il peut aussi s'agir par exemple, de la ventilation pour le contrôle de l'atmosphère dans les habitations, les serres ou les tunnels à usage routier, stockage, culture ou élevage. L'un des intérêts de l'optimisation de la dilution est qu'elle autorise des niveaux de concentration du transport plus élevés permettant alors d'envisager des débits de transport plus faibles pour une même quantité à diluer. Ainsi, les dimensions de la section du dispositif de transport vers le milieu récepteur peuvent être réduites, ce qui conduit à une réduction significative du coût de réalisation de ce dispositif, notamment pour les émissaires de rejets en milieu marin, dont le coût de réalisation peut justifier d'une étude d'optimisation. En outre, pour ce type d'installation, le débit étant moindre, les coûts d'exploitation sont aussi susceptibles d'être significativement réduits. Pour nombre de types d'installations existantes, un autre avantage de l'optimisation de la dilution du rejet est l'opportunité d'augmenter la capacité du rejet grâce à l'augmentation de la concentration de transport sans augmentation du débit d'exploitation. Dans ce contexte, une cheminée ou un émissaire existant pourrait voir leur capacité notablement accrue sans modification coûteuse. 2. Etat de la technique antérieure Dans de nombreux cas, la dilution des rejets est opérée par l'accélération du jet grâce à des buses de géométrie adaptée. Cette technique est éprouvée mais crée des pertes de charge qui limitent la possibilité d'optimisation énergétique. D'autres systèmes proposent l'aspiration du fluide du milieu récepteur par effet Venturi (par exemple brevet déposé le 13 janvier 1984, publié sous le n°2 558 071 et enregistré sous le n° 84 00525: « Procédé et dispositif pour le mélange d'au moins deux gaz et application à la dilution dans l'air d'un gaz avant son rejet à l'atmosphère »). Ce dispositif nécessite l'utilisation d'éléments profilés. Un système plus élaboré (brevet déposé le 12 janvier 2006, publié sous le n° 2 895 918 et enregistré sous le n° 06 00264) permettant le mélange dans l'atmosphère de deux fluides, met en jeu un dispositif mécanique récupérant l'énergie cinétique du fluide porteur pour augmenter la pression de l'air et réaliser efficacement le mélange à haute pression avant rejet. Ce dispositif dédié aux mélanges gazeux crée les conditions optimales de pression grâce à un dispositif vibratoire. En ce qui concerne la propulsion, les hydrojets ou waterjets sont largement utilisés pour les scooters des mers et certains types de navires. Ces systèmes concernent la valorisation d'un jet d'eau liquide à l'air libre et ne sont pas efficaces en milieu purement sous-marin ou purement aérien. Au contraire de l'invention, ils sont réservés aux véhicules de surface. 3. Exposé de l'invention L'invention est un procédé et un dispositif sans pièce mobile, dans des configurations géométriques simples et de réalisation aisée. Elle permet d'optimiser la valorisation de la quantité de mouvement fournie par un jet fluide dans un milieu récepteur. La valorisation de la quantité de mouvement du jet se fait par l'entraînement contrôlé d'un débit du fluide récepteur qui s'ajoute au débit du fluide de jet dans 15 une chambre d'entrainement. En sortie de cette chambre, la somme des deux débits est rejetée dans le milieu récepteur. Le calibrage de la buse de jet et de la chambre de dispersion permet l'optimisation selon le mode d'utilisation du dispositif. Ainsi, le transfert de la quantité de mouvement apportée au système par le jet, sera valorisé soit dans 20 l'homogénéisation des concentrations dans le mode mélangeur, soit dans l'homogénéisation de la quantité de mouvement dans les modes propulsion et entraînement. 4. Description des figures Le mode « mélangeur » de l'invention est représenté schématiquement par la 25 coupe de la figure 1. La numérotation des éléments est listée ci-après : (1) : Le conduit d'amenée ; (2) : le débit d'apport dans le milieu récepteur ; - (3) : la buse de rejet à l'extrémité du conduit d'amené ; - (4) : le jet en sortie de buse ; 30 (5) : la chambre d'entraînement ; (6) : le carénage de la chambre d'entraînement ; (7) : l'entrée de la chambre d'entraînement ; (8) : le débit en sortie de la chambre d'entraînement ; - (9) : Le milieu récepteur ; - (10) : le recouvrement du conduit d'amenée par la chambre d'entraînement ; - (11) : les entretoises de centrage profilées. Le débit d'apport (2) est acheminé vers le milieu récepteur (9) via le conduit d'amené (1) à la sortie duquel est positionnée l'invention. Une buse (3) peut être utilisée en sortie du conduit d'amenée (1) mais n'est pas indispensable à l'efficacité de l'invention. L'invention est constituée d'une chambre d'entraînement (5) cylindrique limitée par son carénage (6) de section notablement supérieure à celle de la buse (3). Elle est positionnée coaxiale à la buse avec un recouvrement (10) du conduit d'amenée qui peut être négatif comme par exemple dans la configuration schématisée par la figure (2). L'amont et l'aval de la chambre d'entraînement restent ouverts dans le milieu récepteur (9). La section de la buse (3) et celle de la chambre d'entraînement (5) seront idéalement circulaires comme par exemple sur les figures (1) à (5) mais pourront aussi avoir d'autres formes géométriques pour satisfaire d'éventuels contraintes technico-économiques. Il est évident que si la différence de sections entre rejet et chambre d'entraînement est trop faible, le débit de fluide du milieu récepteur entraîné sera limité. Il est tout aussi évident que si cette différence est trop prononcée, l'efficacité sera pénalisée. Entre ces deux solutions, il existe un optimum qui sera en général obtenu pour un ratio des sections entre 1/50ème et 1/25ème. Avec une longueur de chambre adaptée, cet optimum, permettra d'approcher une quasi parfaite dilution de la quantité de mouvement du rejet dans la chambre. Ainsi, le débit (8) en sortie de la chambre d'entraînement sera tel, qu'il sera augmenté de la racine carrée du ratio des sections. Pour des sections de révolution, il sera augmenté du ratio des diamètres. Un ratio de diamètres de 1/7è" à 1/5ème permettra en général d'approcher l'optimum. La dilution de la quantité de mouvement étant optimale, elle pourra être valorisée dans l'homogénéisation de contrastes entre débit d'apport (2) et milieu récepteur (9). Ces contrastes pourront être des contrastes de concentrations et de température. Pour obtenir l'optimum de cette homogénéisation, il pourra être nécessaire d'augmenter la longueur de la chambre de mélange. L'efficacité de la dilution de la quantité de mouvement étant très peu sensible à l'allongement de la chambre, l'efficacité reste très proche de l'optimum. Ce dispositif peut être constitué de plusieurs étages, dont les efficacités se conjuguent comme par exemple dans la configuration schématisée par les figures 2 et 3. Le dispositif de rejet pourra être combiné avec l'aspiration du fluide récepteur comme illustré par les figures 4 et 5. Ce mode de mise en oeuvre permet en particulier de mutualiser la prise d'eau et le rejet d'un système à circulation d'eau : par exemple le circuit primaire d'un système de pompe à chaleur, dont la source thermique est un réservoir d'eau douce ou salée comme une mer, un océan, un lac ou un cours d'eau. Dans une certaine mesure, le recouvrement peut être négatif (comme illustré par la figure 2) la buse d'injection pouvant se situer en amont de la chambre de mélange sans nuire à l'efficacité de l'entraînement. Dans ce mode, le dispositif trouvera des applications en particulier pour la propulsion. REVENDICATIONS1. Procédé pour l'optimisation de la valorisation de la quantité de mouvement d'un jet fluide. 2. Procédé ayant la capacité de la revendication (1) sans pièce mobile. 3. Procédé pour le mélange de plusieurs fluides contrastés soit par leur température, soit par leurs concentrations en un ou plusieurs éléments chimiques solubles, soit par leurs concentrations en matières en suspension, soit par plusieurs des caractéristiques précitées. 4. Procédé pour l'optimisation du rendement propulsif d'un jet fluide liquide ou gazeux dans un milieu rempli d'un liquide ou d'un gaz de même état. 5. Procédé pour l'optimisation de l'entraînement du fluide du milieu récepteur par un jet fluide. 6. Procédé ayant les caractéristiques (1), (2) et (3), (4) ou (5) dont les pièces constitutives principales sont de formes cylindriques et pas nécessairement profilées.