Brevet FR3055675A1 — publié le 20180309

SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT ET DE DISSIPATION EN ALTITUDE DES THERMIES PRODUITES AU SOL. ET PROCÉDÉS ASSOCIÉS INTRODUCTION La communauté scientifique s'accorde à admettre que le réchauffement climatique est dû à l'activité humaine (anthropogénique), et que c'est l'augmentation additionnée de la population et de ses besoins en énergie depuis un siècle et demi qui en est la cause principale, puisque au cours de cette période la population mondiale a environ été multipliée par trois, et l'énergie produite environ multipliée par plus de vingt, avec une accélération dans les cinquante dernières années. Aujourd'hui donc, chaque nouvel habitant de la planète consomme environ sept fois plus d'énergie qu'il y a un siècle... Le problème est que cette énergie, quelque soit sa source, finit toujours par produire au niveau du sol plus ou moins de chaleur, et que cette chaleur additionnelle vient augmenter l'évaporation des eaux chaudes du globe et ainsi renforcer l'effet de serre par accroissement de la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère, et ainsi de suite dans un processus qui s'autoalimente en s'amplifiant. Ce qui est en jeu est tout simplement l'avenir voire la survie de l'humanité, et la communauté internationale devra donc trouver des moyens pour faire baisser l'effet de serre et rétablir à grande échelle tels qu'ils étaient par le passé les échanges thermiques avec l'Espace, notamment par réduction de la quantité de vapeur d'eau présente dans l'atmosphère et essentiellement en luttant contre sa formation au niveau de la surface terrestre. Il est sur Terre impossible de créer du froid autrement que par transfert thermique, le seul moyen est donc de renvoyer dans la haute atmosphère l'excédent de chaleur détruisant l'équilibre passé. La solution ici présentée réponds à cette préoccupation et peut être utile dans différentes situations, à commencer par dans un contexte de production d'énergie; en effet l'énergie produite dans de nombreuses centrales électriques l'est par des turbines à vapeur haute pression dont la chaleur récupérée par condensation vient renforcer l'enthalpie de la Terre, et donc pour éviter ce processus de réchauffement, il convient d'envoyer en altitude soit directement la vapeur d'eau pour condensation, soit les calories produites par la condensation générée au sol. La solution ici présentée est donc principalement destinée à être installée au-dessus des tours aéroréfrigérantes équipant notamment les centrales nucléaires, les centrales à charbon, les centrales géothermiques ou toutes autres installations produisant de la chaleur, étant précisé que parmi ces installations à équiper, ce sont les centrales géothermiques qui sont les plus efficientes en réponse au réchauffement climatique, puisqu'elles réduisent simultanément la chaleur de la Terre (son enthalpie) par l'intérieur et par l'extérieur. Ces utilisations possibles ne sont pas limitatives, puisque la solution ici présentée peut également être installée tout simplement pour refroidir la surface terrestre par exemple dans les zones désertiques 3055675 2 avec le solaire comme source d'énergie, ou encore être utilisée pour la dépollution des centres villes, en y extrayant par un réseau de bouches l'air pollué et en le renvoyant dans une installation périphérique pour y être traité en récupérant notamment les particules fines par condensation en altitude après saturation en humidité de l'air à dépolluer. 5 ÉTAT DE LA TECHNOLOGIE L'auteur de la demande n'a pas trouvé dans les bases de données de demandes de brevets portant sur des solutions similaires ou poursuivant le même objectif. En revanche, de nombreux brevets ont été déposés portant sur certains des composants de l'invention, comme par exemple concernant des aérogénérateurs d'altitude parmi lesquels on peut citer le document 10 US 20080296905 Al présentant un "Systèmes et méthodes pour les éoliennes captifs", ou encore le document US 20140252776 présentant un "Système de production d'énergie éolienne à haute altitude avec turbine cycloïdal et moteur-générateur, et le mode de fonctionnement de la même". De nombreuses demandes ont par ailleurs été déposées concernant les tuyères de propulsion, par exemple parmi les plus récentes on peut citer le document EP 1640590 B1 présentant une "Tuyère 15 d'échappement à section variable avec guidage latéral orientable des gaz d'échappement", ou encore le document EP 1045129 B1 présentant une "Tuyère d'éjection axisymétrique convergente divergente et orientable". DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention (100) comporte un ensemble de dispositifs permettant d'évacuer en altitude tout 20 mélange gazeux extrait en surface et à en séparer les différents constituants par changement de phase en exposant ledit mélange gazeux aux températures d'altitude, comme par exemple de l'air humide extrait à la surface et séparé par condensation de l'humidité qu'il contient, avec renvoi au niveau du sol de l'eau ainsi distillée. L'invention (100) est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une base (500) regroupant des 25 dispositifs installés au niveau du sol d'extraction du mélange gazeux à évacuer, et également constituée de dispositifs formant une gaine d'évacuation multi-tronçons (400) extensible et autoporteuse par laquelle est évacué ledit mélange gazeux, ladite gaine surmontée et tractée par un dispositif composé d'un aérostat (200) alimenté en totalité ou partiellement à air chaud et tractant en plus de ladite gaine (400) un système (300) énergétiquement autonome au moyen d'une éolienne, pivotant autour de ladite gaine et canalisant le 30 flux évacué de manière à sustenter et à stabiliser ledit ballon d'altitude (200) grâce à des dispositifs complémentaires de propulsion. Le maintien et la rigidité de l'ensemble sont notamment assurés par la pression existante à l'intérieur de la gaine, par les dispositifs assurant la sustentation partielle des tronçons constituant la gaine, par la poussée d'Archimède élevant le ballon supérieur fermé et par la poussée exercée par l'expulsion sous pression du 35 mélange gazeux évacué par les tuyères orientables équipant la structure pivotante (300) installée sous la 3055675 3 nacelle (220). L'invention (100) est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une base (500) d'une forme adaptée à la structure d'accueil (590) sur laquelle elle est fixée, par exemple cylindrique, et dotée d'extracteurs (510) haute pression propulsant en altitude à l'intérieur de la gaine autoporteuse (400) le 5 mélange gazeux à évacuer jusqu'au ballon d'altitude (200), et que ladite base comporte une partie centrale cylindrique ajourée (520) laissant le gaz s'évacuer, par exemple par utilisation d'un treillis pour sa réalisation, et autour de laquelle viennent s'empiler les différents tronçons de la gaine quand elle est rétractée, et également caractérisée en ce qu'est installé en son centre un dispositif (530) d'enroulement/déroulement du filin (540) reliant la base (500) au ballon d'altitude (200), étant précisé que le 10 déploiement de l'ensemble est rendu possible par l'envoi du mélange gazeux sous pression vers le ballon d'altitude (200) au travers de la partie centrale cylindrique (520) jusqu'à déploiement total de la gaine. L'invention (100) est caractérisée en ce que le mélange gazeux à évacuer en altitude l'est au moyen d'une gaine d'évacuation (400) composée d'une pluralité de tronçons concentriques et de diamètre diminuant de bas en haut mis bout à bout et reliés entre eux par des pièces circulaires (410) assurant à la 15 fois la jonction des tronçons entre eux et la rigidité, et à l'intérieur de laquelle coulisse librement le filin (540), à l'exception de la pièce terminale (412) installée sur le tronçon supérieur et au centre de laquelle est fixée ledit filin. L'invention (100) est caractérisée en ce que l'extrémité-supérieure desdits tronçons comporte un manchon périphérique (420) rempli d'un mélange gazeux plus léger que l'air extérieur, par exemple de 20 l'hélium, de l'hydrogène ou de l'air chaud en provenance de la gaine, et en ce que le volume dudit manchon est calculé pour rendre autoporteur ledit tronçon. L'invention (100) est caractérisée en ce que l'extrémité inférieure desdits tronçons comporte une gouttière périphérique intérieure (430) recueillant les condensats liquides ruisselant sur la paroi intérieure et laissant s'écouler lesdits condensats, par exemple de l'eau, vers la paroi du tronçon 25 immédiatement inférieur suivant au moyen de dispositifs d'évacuation (432). Pour obtenir la hauteur à atteindre, les différents tronçons sont empilés les uns sur les autres d'une manière pseudo-pyramidale en ce que leur diamètre diminue en fonction de la hauteur de leur installation; par exemple pour obtenir une hauteur totale de 3.000 mètres, et dans le seul but de compréhension, la gaine d'évacuation peur être constituée de 30 tronçons de 100 mètres, d'un diamètre allant de 39 mètres 30 pour le plus bas et de 10 mètres pour le plus haut, de sorte que leur diamètre diminue de 1 mètre par tronçon. L'invention (100) est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un dispositif de traction composé d'un aérostat (200) alimenté en totalité ou partiellement par de l'air chaud, et que ledit aérostat (200) comporte au moins une double enveloppe (210), composée d'une enveloppe extérieure étanche 35 (212) à l'intérieure de laquelle est maintenue par des liens (216) une deuxième enveloppe (214) de 3055675 4 diamètre inférieure, étant précisé que le volume existant (213) entre les deux enveloppes est rempli d'un mélange gazeux plus léger que l'air extérieur, par exemple de l'hélium, de l'hydrogène ou un mélange gazeux chaud en provenance de la gaine. Le mélange gazeux évacué sous pression par la gaine vient remplir et sustenter ladite enveloppe intérieure (214), avant de redescendre à travers les ouvertures (224) 5 vers les tuyères (320) installées sur la structure (300). L'invention (100) est caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un dispositif de traction composé d'un aérostat (200) à l'extrémité inférieure duquel est fixée une nacelle (220) accueillant les différents éléments usuels pour la surveillance d'un aérostat de ce type et comportant en son centre une ouverture cylindrique par laquelle passe la gaine (400), et autour de laquelle est rendu mobile au moyen de 10 roulements (222) la structure (300) qui lui est au-dessous attachée, étant précisé que l'étanchéité à l'air est assurée par le joint périphérique plat (226). L'invention (100) est caractérisée en ce qu'est installée sous la nacelle de l'aérostat (200) une structure (300) pivotant librement autour d'un axe vertical et entrainée dans sa rotation par la position commandée en fonction du vent par la gouverne arrière (313) du dispositif girouette génératrice (310) 15 équipé en tête d'une hélice (311) couplé à un générateur (312); en plus de la fourniture aux dispositifs de pilotage de l'invention des informations concernant la force et l'orientation du vent, ledit dispositif girouette génératrice (310) fournit à l'installation l'énergie électrique nécessaire à son fonctionnement, dont celle nécessaire à l'orientation des tuyères (320) en fonction de la force du vent pour en réduire son effet sur le déplacement horizontal du ballon. Le flux à évacuer est donc canalisé de manière à stabiliser ledit ballon 20 d'altitude (200) par les moyens suivants: une pluralité de vannes sphériques motorisées formant tuyères (320) en ce qu'elles comportent en leur centre un cylindre évidé dont l'axe vertical est légerement dévoyé vers l'extérieur par rapport à la vertical et par lequel est canalisé le mélange gazeux à expulser, cylindre dont l'axe (322) horizontal est perpendiculaire à l'axe directionnel de la girouette génératrice (310), le pivotement des dites vannes sphériques autour de cette axe (322) permettant d'orienter les dites tuyères 25 d'expulsion soit quasi verticalement en cas d'absence de vent, soit de les orienter pour contrer la puissance du vent, étant précisé qu'en position "de repos" en cas d'absence de vent le léger dévoiement vers l'extérieur de l'axe vertical de chacune desdites tuyères (320) permet d'équilibrer la position dudit ballon, et que la rotation à 90° autour de leur axe (322) des vannes sphériques permet leur fermeture complète. 3055675 5 FIGURES Les dessins annexés illustrent l'invention suivant certains modes de réalisation, ne sont pas obligatoirement à l'échelle et sont présentés là dans le seul but de compréhension. La figure 1 représente une vue générale en coupe des principaux éléments constituant l'invention (100) 5 La figure 2 représente des vues en coupe et de dessus partielle des principaux éléments constitutifs du ballon d'altitude (200) et de la structure (300) La figure 3 représente des vues en coupe et de dessus partielle des principaux éléments constitutifs de la gaine d'évacuation (400) et de la base d'extraction (500) REVENDICATIONS1- Système (100) permettant d'évacuer en altitude tout mélange gazeux extrait en surface et à en séparer les différents constituants par changement de phase en exposant ledit mélange gazeux aux températures d'altitude. Système (100) caractérisé en ce qu'il est constitué des dispositifs suivants : - une base (500) regroupant des dispositifs d'extraction et de tractage, - une gaine d'évacuation extensible autoporteuse (400) traversée par un câble de tractage, - un aérostat d'altitude (200) alimenté en totalité ou partiellement par de l'air chaud, - un système (300) complémentaire de sustentation et de stabilisation, - un ensemble de dispositifs de pilotage et de contrôle. 2- Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base (500) d'une forme adaptée à la structure d'accueil sur laquelle elle est fixée est dotée d'extracteurs (510) haute pression propulsant en altitude à l'intérieur de la gaine autoporteuse (400) le mélange gazeux à évacuer jusqu'à l'aérostat d'altitude (200), et que ladite base comporte une partie centrale cylindrique ajourée (520) laissant le mélange gazeux s'évacuer et autour de laquelle viennent s'empiler les différents tronçons de la gaine extensible quand elle est rétractée, et que la base comporte en son centre un dispositif (530) d'enroulement/déroulement du filin (540) reliant la base (500) à l'aérostat d'altitude (200). 3- Système (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une gaine d'évacuation multi-tronçons (400) extensible et composée d'une pluralité de tronçons mis bout à bout et reliés entre eux par des pièces circulaires (410) assurant à la fois la jonction des tronçons entre eux et la rigidité, et à l'intérieur de laquelle coulisse librement le filin de tractage (540) dont l'extrémité supérieure est fixée à une pièce terminale (412) installée sur le tronçon supérieur. 4- Système (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine d'évacuation multi-tronçons (400) extensible est composée d'une pluralité de tronçons dont l'extrémité supérieure comporte un manchon périphérique (420) rempli d'un mélange gazeux plus léger que l'air extérieur, par exemple de l'hélium, de l'hydrogène ou de l'air chaud en provenance de la gaine, et en ce que le volume dudit manchon est calculé pour rendre autoporteur ledit tronçon. 5- Système (100) selon la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine d'évacuation multi-tronçons (400) extensible est composée d'une pluralité de tronçons dont l'extrémité inférieure desdits comporte une gouttière périphérique intérieure (430) recueillant les condensats liquides ruisselant sur la paroi intérieure et laissant s'écouler lesdits condensats vers la paroi du tronçon inférieur suivant au moyen de dispositifs d'évacuation (432). 6- Système (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de traction composé de l' aérostat (200) alimenté en totalité ou partiellement par de l'air chaud, et en ce que ledit aérostat (200) comporte au moins une double enveloppe (210), composée d'une enveloppe extérieure 3055675 7 étanche (212) à l'intérieure de laquelle est maintenue par des liens (216) une deuxième enveloppe (214) de diamètre inférieure, étant précisé que le volume existant (213) entre les deux enveloppes est rempli d'un mélange gazeux plus léger que l'air extérieur, par exemple de l'hélium, de l'hydrogène ou un mélange gazeux chaud en provenance de la gaine; étant précisé que le mélange gazeux évacué sous pression par 5 la gaine vient remplir et sustenter ladite enveloppe intérieure (214), avant de redescendre à travers les ouvertures (224) vers les tuyères (320) installées sur la structure (300). 7- Système (100) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un dispositif de traction composé de l'aérostat (200) à l'extrémité inférieure duquel est fixée une nacelle (220) comportant en son centre une ouverture cylindrique par laquelle passe la gaine (400), et autour de laquelle est rendu mobile au moyen de 10 roulements (222) la structure (300) qui lui est au-dessous attachée, étant précisé que l'étanchéité à l'air est assurée par un joint périphérique plat (226). 8- Système (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'est installée sous la nacelle de l'aérostat (200) une structure (300) pivotant librement autour d'un axe vertical et entrainée dans sa rotation par la position commandée en fonction du vent par la gouverne arrière (313) d'un dispositif girouette génératrice 15 (310) équipé en tête d'une hélice (311) couplé à un générateur (312). 9- Système (100) selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'est installée sous la nacelle de l'aérostat (200) la structure (300) complémentaire équipée de dispositifs aptes à stabiliser ledit aérostat d'altitude (200) et à compléter sa sustentation par propulsion au moyen de dispositifs constitués d'une pluralité de vannes sphériques motorisées formant tuyères (320) en ce qu'elles comportent en leur centre un cylindre 20 évidé dont l'axe vertical est légèrement dévoyé vers l'extérieur par rapport à la vertical et par lequel est canalisé le mélange gazeux à expulser et en ce qu'elles pivotent autour de leur axe horizontal (322) perpendiculaire à l'axe directionnel de la girouette génératrice (310) qui les alimente, de manière à pouvoir orienter et/ou stopper le mélange gazeux sortant des tuyères (320) en fonction de la puissance du vent. 10- Système (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 25 l'ensemble de dispositifs de pilotage et de contrôle des informations est apte à optimiser le fonctionnement et dont une partie est installée dans la nacelle (220) de l'aérostat, comportant entre autres les différents éléments usuels pour la surveillance de l'aérostat (200).