Brevet FR3048738A1 — publié le 20170915

DISPOSITIF DE PRODUCTION D'ENERGIE MECANIQUE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif qui exploite l'énergie développée par la poussée hydrostatique (poussée d'Archimède) s'appliquant sur un ensemble de corps plongés dans une colonne liquide, couplé à un alternateur pour la production d'énergie électrique ou pour tout autre usage nécessitant une énergie mécanique. ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît dans l'état de la technique le brevet français FR2319029 décrivant une chaîne sans fin passant autour de deux roues montées sur des arbres l'un sur l'autre et immergé dans un réservoir d'eau. Un compresseur injecte de l'air par un conduit vers le fond de la cuve. Lorsque l'air sort de la gaine, il est dirigé dans les godets inversés qui sont fixés à la chaîne. L'air expulse l'eau et les forces de flottabilité qui en résultent tendent à donner un mouvement montant à la chaîne. On connaît aussi le brevet FR2480861 français décrivant un convertisseur d'énergie dans l'eau comprend des flotteurs sphériques reliés entre eux pour former une chaîne fermée, immergée verticalement dans l'eau. Pour obtenir la force ascendante nette requise pour le mouvement, le côté de la chaîne se déplaçant vers le bas dans l'eau pénètre par un sas, qui comprend un tube légèrement supérieur à celui des flotteurs sphériques. Les flotteurs ont une bague d'étanchéité périphérique, pour éviter que l'eau s'échappe passé le flotteur lors de son passage à travers le tube de verrouillage. La force hydrostatique pousse les flotteurs vers le haut et tendent à tourner une roue à bras par un système de couplage situé entre les flotteurs. La roue entraîne un générateur électrique. Une 3048738 - 2 - roue libre semblable à celle du haut est placée au fond du réservoir d'eau pour guider la chaîne à flotteur. Le brevet américain US 6305165 décrit un autre exemple de solution similaire. 5 INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR Ces dispositifs de l'art antérieur ne sont pas satisfaisants car leur rendement est médiocre ou même 10 inexistant. Pour les dispositifs décrits dans les brevets N° US 6305165 et FR 2319029, la consommation d'air comprimé n'est pas optimisée car l'air nécessaire au vidage de l'eau contenu dans les godets est injecté à partir du fond du puits, engendrant 15 d'importantes déperditions d'air au travers de la masse d'eau qu'il doit traverser ; ces déperditions sont accentués par le refoulement de l'air par la base du godet à la fin de son vidage, engendrant la consommation d'un volume d'air comprimé nettement supérieur au volume de l'eau à évacuer du godet. Par 20 ailleurs, des turbulences hydrodynamiques pendant la remontée des godets à cause de la décompression de l'air qui s'échappera par sa base du fait de son augmentation de volume réduisent également le rendement énergétique. Par ailleurs, pour les dispositifs décrits dans 25 les brevets N° FR 2319029 et US 6305165, le volume d'air injecté est beaucoup plus important que le volume d'eau du godet à vider et ce, à cause : 1. Du temps de passage extrêmement court de la base du godet face au point fixe d'injection de l'air comprimé, 30 nécessitant une pression élevée et un volume d'air comprimé important, dont une partie est perdue au travers de la masse d'eau. 2. De la perte de l'air comprimé qui sera refoulé par la base du godet à la fin du vidage de l'eau. En effet, il est 35 impossible d'injecter un volume d'air comprimé juste équivalent à l'eau à vider du godet. 3048738 - 3 - Par ailleurs, pendant la remontée des godets vers la surface, l'air contenu dans ceux-ci se décompressera, augmentera de volume et refoulera, ce qui engendrera des turbulences hydrostatiques impactant sur la densité de l'eau qui est un des 5 facteurs du calcul de la poussée d'Archimède. Le brevet FR N° 2480861 est un non-sens physique, car la poussée d'Archimède produite par les pistons montants 10 est de fait, équivalente à la contre-poussée des pistons descendants, sans compter les importantes pertes dues aux frottements dans le cylindre par les segments des pistons. La poussée d'Archimède produite par les réservoirs montants est de fait, équivalente à la contre-poussée des 15 réservoirs descendants sortant du cylindre en bas du réservoir. SOLUTION APPORTEE PAR L'INVENTION Le principe de l'invention est l'exploitation de la 20 force dégagée par la poussée d'Archimède avec une optimisation de la consommation d'air comprimé grâce à son injection directe (sans traverser de masse d'eau) dans des réservoirs extensibles étanches évitant toute déperdition d'air comprimé. L'utilisation de ces réservoirs extensibles étanches permet 25 également à l'air de se détendre pendant la montée vers la surface (équilibre des pressions) et d'engendrer une augmentation de volume qui impacte directement la force dégagée par la poussée d'Archimède (proportionnelle au volume). A cet effet, l'invention concerne selon son 30 acception la plus générale un dispositif de production d'énergie comprenant une succession de réservoirs gonflables plongée partiellement dans un liquide, caractérisé en ce que lesdits réservoirs gonflables et en ce que le dispositif comprend un moyen de raccordement à un conduit pour : 35 - alimenter en air comprimé les réservoirs extensibles lorsqu'ils se trouvent en bas du puits. 3048738 - 4 - - expulser l'air lorsque les réservoirs extensibles se trouvent en haut du puits. De préférence, lesdits réservoirs gonflables sont 5 constitués de réservoirs extensibles étanches. Avantageusement, lesdits réservoirs extensibles étanches sont constitués par deux flasques parallèles entre elles, s'articulant de chaque côté et parallèlement à une âme fixe rigide de même forme. Cette âme fixe comporte à chacune de 10 ses extrémités haute et basse, une charnière permettant d'assurer une liaison mécanique entre ces réservoirs extensibles pour former une chaîne continue. Lesdites flasques mobiles étant reliées par un soufflet à l'âme fixe rigide pour former une enceinte étanche à volume variable. 15 Selon un mode de réalisation particulier, lesdits réservoirs extensibles comportent un tube équipé d'injecteurs/valves, pour l'alimentation en air comprimé avant son cycle de montée et l'expulsion de son air comprimé avant 20 son cycle de descente. De préférence, les flasques du même côté de deux réservoirs extensibles étanches se suivant dans la chaîne sont reliées par un élément souple de liaison inter-réservoirs afin 25 de former une continuité hydrodynamique. Selon une variante, une succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue en forme de boucle s'enroule autour d'une structure cylindrique située dans 30 la partie inférieure du dispositif ; cette structure cylindrique comporte des injecteurs/valves sur son pourtour afin d'alimenter en air comprimé les réservoirs extensibles étanches lorsqu'ils arrivent au contact de ladite structure cylindrique. 35 Selon une autre variante, une succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue en 3048738 - 5 - forme de boucle s'enroule autour d'une structure cylindrique (50) située dans la partie supérieure du dispositif ; cette structure cylindrique comporte des valves/injecteurs sur son pourtour afin de vider l'air contenu dans ces réservoirs 5 extensibles étanches lorsqu'ils arrivent au contact de ladite structure cylindrique, des moyens de compression des réservoirs extensibles étanches permettant d'expulser l'air qu'ils contiennent. 10 Selon un mode de réalisation particulier, ladite structure cylindrique supérieure transmet l'énergie produite pour son utilisation. Selon une variante particulière, le dispositif 15 comporte des rails latéraux de guidage de la succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue. Avantageusement, le dispositif comporte une structure cylindrique supérieure et une structure cylindrique 20 inférieure équipées respectivement de valves/injecteurs positionnées sur le pourtour. Selon une variante, le dispositif comporte une plaque de séparation des flux hydrauliques montants de ceux 25 descendants pour éviter les turbulences. Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la 30 lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif selon l'invention - la figure 2 représente une vue schématique de face 35 d'une succession de trois réservoirs selon l'invention - la figure 3 représente une vue schématique en coupe d'une succession de trois réservoirs selon l'invention. 3048738 - 6 - Le dispositif est constitué d'une succession de réservoirs extensibles étanches (1 à 34) destinés à recevoir de l'air comprimé reliés entre eux en une chaîne continue formant 5 une boucle. Sur la figure 1, seuls 34 réservoirs sont visibles, la figure présentant une partie seulement du dispositif. La partie centrale (comprise entre une zone passant entre les réservoirs (6) et (7), et les réservoirs (22) et (23)) ne présente pas de particularités. 10 L'ensemble de la chaîne des réservoirs extensibles étanches est plongé partiellement dans un puits rempli d'eau, d'une profondeur de 20 mètres dans l'exemple décrit. Cet ensemble est guidé et supporté par une structure cylindrique supérieure (50) qui est placée au-dessus du niveau de l'eau 15 dans le puits, à l'air libre, et par une structure cylindrique inférieure (60) située au fond du puits (40) rempli d'eau ou d'un autre liquide. La structure cylindrique supérieure (50) est placée au-dessus du niveau d'eau ou du liquide. Elle supporte et guide 20 la chaîne de réservoirs étanches (1 à 34) en partie haute ; elle a également pour fonction de vider l'air des réservoirs extensibles étanches (1 à 34) grâce à un système de valves/injecteurs disposées sur son pourtour. La structure cylindrique inférieure (60) supporte et 25 guide la chaîne de réservoirs étanches extensibles (1 à 34) en partie basse. Elle a également pour fonction de les remplir d'air comprimé en début de cycle, grâce à des valves/injecteurs disposées sur son pourtour. L'utilisation de réservoirs extensibles étanches (1 30 à 34) a pour but de permettre à l'air comprimé de se détendre en phase montante et de provoquer une augmentation de leur volume. Simplifications techniques de fabrication. 35 Les réservoirs extensibles étanches (1 à 34) présentent une forme d'accordéon, mais peuvent présenter 3048738 - 7 - d'autres formes extensibles de par la matière employée (caoutchouc par exemple) ou de par des articulations mécaniques. Ils permettent à l'air contenu à l'intérieur de se détendre en montant vers la surface et de provoquer 5 l'augmentation de leur volume. L'augmentation de ce volume est d'un coefficient de 3 pour une remontée de 20 mètres de profondeur jusqu'à la surface du liquide, permettant de développer d'autant la force exercée par la poussée d'Archimède. 10 Une paire de rouleaux (51, 52) placés asymétriquement autour de la structure cylindrique supérieure (50), sert à compresser mécaniquement les réservoirs extensibles étanches afin de les vider de leur air et de diminuer leur volume avant le cycle de descente. 15 En cycle de descente, les réservoirs (1 à 12) sont vides d'air, les soufflets sont repliés sur eux-mêmes, diminuant leur volume, donc leur traînée hydrodynamique. Des éléments souples de liaison inter-réservoirs extensibles étanches en, caoutchouc ou autre, reliant entre les 20 réservoirs extensibles étanches entre eux sont prévus afin d'assurer une continuité hydrodynamique diminuant le Cx de l'ensemble. Une plaque anti-turbulence (70) placée entre les 25 cylindres haut et bas sur toute la largeur du puits sépare les flux montants de ceux descendants et permet d'éviter les turbulences hydrauliques. Le cycle de fonctionnement est le suivant : Le cycle débute par l'injection d'air comprimé dans 30 les réservoirs extensibles étanches (1 à 12) lorsqu'ils sont en contact avec la structure cylindrique inférieure (60) du dispositif situé au fond du puits (1). L'air est injecté dans les réservoirs (13 à 17) par des valves/injecteurs équipés de clapets anti-retour placées tous les 30° d'angle (ou tout autre 35 degré d'angle) sur le pourtour de la structure cylindrique inférieure (60). 3048738 - 8 - Les réservoirs extensibles étanches, gonflés d'air comprimé (18 à 28) en partie basse du dispositif, subissent une force verticale montante du fait de la gravité (poussée d'Archimède). 5 Cette poussée propulse vers la surface les réservoirs extensibles étanches (18 à 28) qui augmentent de volume et entrent en contact avec la structure cylindrique supérieure (50), sur laquelle ils s'enclenchent, en l'entraînant dans un mouvement circulaire en lui transférant 10 l'énergie cinétique produite pendant la montée. Alors que les réservoirs extensibles étanches (29 à 34) tournent autour de la structure cylindrique supérieure (50), ils se vident de leur air tout en diminuant de volume, pour redescendre repliés, vers la structure cylindrique 15 inférieure (60) afin d'effectuer un nouveau cycle. Du fait que les réservoirs extensibles sont fermés et étanches et non ouverts à la base comme les godets des autres dispositifs décrits ci-avant dans le chapitre « Etat de la technique » et qu'ils sont gonflés d'air comprimé par 20 l'intermédiaire de valves/injecteurs assurant une totale étanchéité avec la structure cylindrique inférieure ; il n'y a aucune perte d'air comprimé : les réservoirs extensibles étanches reçoivent juste le volume d'air nécessaire à leur remplissage en partie basse du puits. 25 Ces réservoirs extensibles étanches permettent à l'air contenu à l'intérieur de se détendre et d'augmenter de volume du fait de la décompression de l'air qui se produit en montant (équilibre entre les pressions de l'air et de l'eau) ; 30 l'augmentation de volume des réservoirs étanches provoque une démultiplication de la poussée d'Archimède tout au long du cycle de montée (cette force est proportionnelle au volume de l'air remontant à la surface). 35 SELON DES MODES PARTICULIERS DE REALISATION : 3048738 - 9 - La chaîne est composée de réservoirs extensibles étanches (1 à 34) reliés entre eux formant une boucle continue s'enroulant entre une structure cylindrique supérieure (50) et une structure cylindrique inférieure (60). 5 Les réservoirs extensibles étanches (1 à 34) se déplient à la manière d'un accordéon et augmentent de volume en montant vers la surface du liquide du fait de la décompression de l'air comprimé qu'ils contiennent, développant d'autant la force exercée par la poussée d'Archimède sans consommer plus 10 d'air comprimé. Des rails latéraux pour guider les réservoirs extensibles étanches (1 à 34) dans leur montée ou leur descente peuvent être ajoutés en fonction de la hauteur du dispositif qui est déterminée par le nombre de réservoirs extensibles 15 étanches assemblés bout à bout. Le nombre et les dimensions des réservoirs extensibles étanches peuvent varier en fonction de la puissance utilisable que l'on souhaite faire produire par le dispositif. 20 Description détaillée des réservoirs Les figures 2 et 3 représentent des vues respectivement de face et en coupe d'une succession de trois réservoirs extensibles étanches selon l'invention. 25 Les réservoirs extensibles étanches (1, 2, 3) sont associés à des tubes (80, 81, 82) qui communiquent avec l'intérieur du réservoir extensibles étanches correspondant. Ces tubes (80, 81, 82) sont articulés par des charnières (90, 91, 92) permettant l'enroulement des réservoirs lors du passage 30 sur les structures cylindriques (50). Les réservoirs extensibles (1 à 3) sont formés par deux flasques (95, 96) parallèles entre elles, de forme rectangulaire (ou de toute autre forme), s'articulant de chaque côté et parallèlement à une âme fixe rigide de même forme 35 rectangulaire (ou de toute autre forme). Lesdites flasques mobiles étant reliées par un soufflet à l'âme fixe rigide pour former une enceinte étanche à volume variable. 3048738 - 10 - Cette âme fixe comporte à chacune de ses extrémités haute et basse une charnière permettant d'assurer une liaison mécanique entre ces réservoirs extensibles pour former une chaîne continue. 5 Parallèlement à l'une des extrémités de chacun de ces réservoirs extensibles, un tube rigide, équipé d'injecteurs/valves, ayant pour vocation d'alimenter ou de vider l'air comprimé de chacun desdits réservoirs avant leur cycle de montée ou de descente. 10 Ces flasques (95, 96) sont reliées de manière étanche par un soufflet (97) formant un manchon déformable perpendiculaire aux flasques (95, 96). REVENDICATIONS1 - Dispositif de production d'énergie comprenant une succession de réservoirs gonflables plongée partiellement dans un liquide, caractérisé en ce que lesdits réservoirs gonflables (1 à 34) et en ce que le dispositif comprend un moyen de raccordement à un conduit pour : - alimenter en air comprimé les réservoirs extensibles. (1 à 34) lorsqu'ils se trouvent en bas du puits. - expulser l'air lorsque les réservoirs extensibles se trouvent en haut du puits. 2 - Dispositif de production d'énergie selon la 15 revendication 1 caractérisé en ce que lesdits réservoirs gonflables sont constitués de réservoirs extensibles étanches. 3 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que lesdits réservoirs 20 extensibles étanches (1 à 34) sont constitués par deux flasques parallèles entre elles, s'articulant de chaque côté et parallèlement à une âme fixe rigide de même forme. Cette âme fixe comporte à chacune de ses extrémités haute et basse, une charnière permettant d'assurer une liaison mécanique entre ces 25 réservoirs extensibles pour former une chaîne continue. Lesdites flasques mobiles étant reliées par un soufflet à l'âme fixe rigide pour former une enceinte étanche à volume variable. 4 - Dispositif de production d'énergie selon la 30 revendication précédente caractérisé en ce que lesdits réservoirs extensibles comportent un tube équipé d'injecteurs/valves, pour l'alimentation en air comprimé avant son cycle de montée et l'expulsion de son air comprimé avant son cycle de descente. 35 5 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 3 caractérisé en ce que les flasques du même côté 3048738 - 12 - de deux réservoirs extensibles étanches se suivant dans la chaîne sont reliées par un élément souple de liaison inter-réservoirs afin de former une continuité hydrodynamique. 5 6 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'une succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue en forme de boucle s'enroule autour d'une structure cylindrique (60) située dans la partie inférieure du dispositif ; cette 10 structure cylindrique comporte des injecteurs/valves sur son pourtour afin d'alimenter en air comprimé les réservoirs extensibles étanches (1 à 34) lorsqu'ils arrivent au contact de ladite structure cylindrique. 7 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'une succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue en forme de boucle s'enroule autour d'une structure cylindrique (50) située dans la partie supérieure du dispositif ; cette structure cylindrique comporte des valves/injecteurs sur son pourtour afin de vider l'air contenu dans ces réservoirs extensibles étanches lorsqu'ils arrivent au contact de ladite structure cylindrique, des moyens de compression des réservoirs extensibles étanches (1 à 34) permettant d'expulser l'air qu'ils contiennent. 8 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite structure cylindrique supérieure (50) transmet l'énergie produite. 9 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte des rails latéraux de guidage de la succession de réservoirs extensibles étanches formant une chaîne continue. 35 10 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte une 3048738 - 13 - structure cylindrique supérieure (50) et une structure cylindrique inférieure (60) équipées respectivement de valves/injecteurs positionnées sur le pourtou'r. 5 11 - Dispositif de production d'énergie selon la revendication selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'il comporte une plaque de séparation (70) des flux hydrauliques montants de ceux descendants pour éviter les turbulences. 10