Brevet FR3085809A1 — publié le 20200313

GENERATRICE ELECTRIQUE COUPLEE A UN MECANISME D' ENTRAINEN/ENT D'UN PISTON UTILISANT LA PRESSION HYDROSTATIQUE EXERCE SUR. UN CONTENANT COMPRESSIBLE DE TYPE SOUFFLET Domaine technique et art antérieur La présente invention concerne le domaine de la génération d'électricité. L'objet de la présente invention porte sur un dispositif de génération d'électricité utilisant des sources d'énergie renouvelable, et pl us particulièrement l'énergie hydraulique. Produire de l'électricité à partir de sources énergétiques renouvelables non polluantes est devenu un enjeu majeur tant sur le plan économique que sur le plan écologique. L'éolien est un domaine dans lequel les techniques sont performantes. Cette énergie dépend cependant du vent. Il s'avère utile de trouver des alternatives. Le Demandeur soumet à cet effet que l'énergie hydraulique constitue une bonne alternative ; les techniques de production d'électricité à partir d'énergie hydraulique sont basées 15 principalement sur l'exploitation de l'énergie fournie par le mouvement de l'eau, sous toutes ses formes ; il peut s'agir notamment du mouvement des vagues, des marées ou encore de l'énergie hydrolienne. On connaît ici les techniques de production d'électricité à partir de l'énergie hydraulique utilisant la pression hydrostatique. 20 Le Demandeur soumet ici que les techniques utilisant la pression hydrostatique pour générer l'électricité comprennent généralement une station hydraulique de production d'électricité mettant en oeuvre des flotteurs non compressibles. Ces techniques ne sont pas satisfaisantes en termes de performance. Elles nécessitent par ailleurs une infrastructure importante et onéreuse. 25 Résumé et objet de la présente invention L'objet de la présente invention vise à améliorer la situation décrite ci-dessus. Un des objectifs de la présente invention est de remédier aux différents inconvénients mentionnés ci-dessus en proposant un dispositif de génération d'électricité exploitant la 30 pression hydrostatique qui soit simple à mettre en oeuvre et présente de bonnes performances énergétiques. A cet effet, l'objet de la présente invention concerne un dispositif de génération d'électricité comprenant au moins un piston apte à translater selon un mouvement de va-et-vient. 2 Avantageusement, le dispositif de génération d'électricité selon la présente invention comprend également une génératrice de courant électrique munie d'un rotor et d'un arbre d'entraînement du rotor monté rotatif Avantageusement, le dispositif de génération d'électricité selon la présente invention 5 comprend en outre un mécanisme de transmission entre ledit au moins un piston et l'arbre d'entraînement de la génératrice. On comprend ici que le mécanisme de transmission est apte à entraîner une rotation de l'arbre par le mouvement de va-et-vient dudit au moins un piston. Selon la présente invention, le dispositif de génération d'électricité comprend un réservoir de liquide et un mécanisme d'entraînement dudit au moins un piston. 10 Avantageusement, le mécanisme d'entraînement comporte au moins un contenant compressible du type soufflet. Avantageusement, le contenant présente une partie supérieure et une partie inférieure. Préférentiellement, la partie supérieure est montée de façon fixe et la partie inférieure est mobile. Préférentiellement, au moins un piston est fixé sur la partie mobile. On comprend donc ici que le déplacement de la partie inférieure mobile par rapport à la partie supérieure fixe permet le déplacement dudit au moins un piston. Avantageusement, ledit au moins un contenant est apte à se remplir du liquide pour permettre le passage d'une première position, dite haute, à une deuxième position, dite basse, et inversement. En position haute, le contenant est vide tandis qu'en position basse le contenant est rempl du liquide. On comprend donc que le passage de la position haute à la position basse permet au contenant de se remplir et d'entraîner le piston dans un mouvement translatif vers le bas tandis que le passage de la position basse vers la position haute permet au contenant de se vider entraînant le piston dans un mouvement translatif vers le haut. Ainsi, le passage successif d'une position à l'autre entraîne le piston dans un mouvement de va-et-vient provoquant la rotation de l'arbre d'entraînement pour générer l'électricité. Ainsi, grâce à l'utilisation d'un soufflet couplé à un piston, il est possible par le remplissage et le vidage successif du soufflet avec un liquide (par exemple un liquide tel que l'eau) d'entraîner le piston dans un mouvement de va-et-vient pour mettre en rotation l'arbre d'entraînement du rotor de la génératrice afin de générer l'électricité. Avantageusement, la partie supérieure du contenant est équipée d'au moins un premier clapet apte à s'ouvrir et se fermer pour un remplissage du contenant en liquide. 3 Dans un mode de réalisation de la présente invention, la partie supérieure du contenant est équipée d'au moins un deuxième clapet apte à s'ouvrir et se fermer pour un vidage du contenant en liquide. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, la partie inférieure du 5 contenant comprend un entonnoir pourvu d'au moins un troisième clapet apte à s'ouvrir et se fermer pour un vidage du contenant par effet gravitaire. Avantageusement, le mécanisme d'entraînement comporte des premier et deuxième capteurs aptes à détecter si le contenant est en position haute ou basse. Dans un mode de réalisation avantageux, les premier et deuxième capteurs sont des 10 contacteurs fixes aptes à entrer en contact avec une patte de contact mobile fixée sur la partie inférieure dudit contenant, le passage d'une position à l'autre entraînant la mise en contact de la patte avec le premier ou le deuxième capteur de manière à indiquer si le contenant est en position haute ou basse. De préférence, le mécanisme d'entraînement comporte une unité de commande reliée 15 aux premier et/ou deuxième capteurs. De préférence, l'unité de commande est configurée pour commander en fonction de la position haute ou basse dudit contenant l'ouverture et la fermeture a) dudit au moins un premier et deuxième clapets ; ou b) dudit au moins un premier et troisième clapets. 20 Avantageusement, le mécanisme d'entraînement comporte une pompe reliée au réservoir. Avantageusement, la pompe est configurée pour réinjecter le liquide dans le réservoir lors du vidage du contenant, ladite pompe étant actionnable par l'unité de commande. Dans un mode de réalisation avantageux, le mécanisme d'entraînement comprend deux 25 contenants compressibles du type soufflet reliés entre eux par des conduits d'acheminement dudit liquide, l'un des deux contenants ayant la fonction du réservoir de liquide. Dans ce mode, on met donc en oeuvre un système de vases communicants entre les deux contenants, l'actionnement de la pompe contrôlé par l'unité de commande permettant le passage du liquide d'un contenant à l'autre. 30 Avantageusement, le mécanisme d'entraînement comprend un conduit d'alimentation en air reliant le contenant à l'air libre pour permettre une évacuation de l'air contenu dans le contenant lors du remplissage du contenant par le liquide. 4 Ainsi, l'objet de la présente invention, par ses différents aspects fonctionnels et structurels décrits ci-dessus, permet de générer de l'électricité en exploitant la pression hydrostatique exercée sur un contenant compressible de type soufflet. 5 Brève description des figures annexées D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous, en référence aux figures 1 à 4 annexées qui en illustrent trois exemples de réalisation de l'invention dépourvus de tout caractère limitatif et sur lesquelles : la figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif de génération d'électricité 10 comprenant un mécanisme d'entraînement d'un piston selon un premier exemple de mise en oeuvre ; la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif de génération d'électricité comprenant un mécanisme d'entraînement d'un piston selon un deuxième exemple de mise en oeuvre ; et 15 les figures 3 et 4 représentent chacune une vue schématique d'un dispositif de génération d'électricité comprenant un mécanisme d'entraînement d'un piston selon un troisième exemple de mise en oeuvre. Des-cri Lion détaillée selon trois exein les de réalisation avantageux 20 Un dispositif de génération d'électricité selon trois exemples de réalisation avantageux va maintenant être décrit dans ce qui va suivre en référence conjointement aux figures 1 à 4. Permettre la génération d'électricité en exploitant la pression hydrostatique exercée sur un contenant compressible du type soufflet pour permettre la mise en translation d'un ou plusieurs pistons reliés à un système de génératrice électrique est un des objectifs de la présente 25 invention. Cet objectif est atteint par la mise en oeuvre d'un dispositif de génération d'électricité selon les trois exemples décrits ci-après. Dans chacun de ces exemples, on dispose d'un dispositif de génération d'électricité 100 comportant un fût 5 rempli d'un liquide du type eau. Ce fût 5 sert de bâti. 30 Dans le tilt 5, on positionne dans le fût 5 une génératrice 2 présentant un rotor et un arbre d'entraînement du rotor monté rotatif, au moins un piston 1 et un mécanisme de transmission 3 entre le piston 1 et le rotor de la génératrice 2 ; ces éléments sont donc immergés dans le liquide. De préférence, ceux-ci sont logés dans un caisson étanche 6. On prévoit ensuite un mécanisme d'entraînement 10 qui est configuré pour entraîner le ou les pistons 1 dans un mouvement translatif de va-et-vient TI et T2. Le mécanisme d'entraînement 10 est caractéristique de la présente invention. Dans ces exemples, le mécanisme de transmission 3 entre le ou les pistons 1 et la 5 génératrice 2 prend la forme d'un système d'arbre à cames ou de bielle qui transmet les efforts du piston 1 pour permettre la mise en rotation R de l'arbre d'entraînement du rotor qui est monté rotatif sur la génératrice de courant électrique 2. Le couplage du rotor et d'un stator permet alors de façon classique la génération du courant électrique. 10 On comprend ici que c'est le mécanisme d'entraînement 10 couplé au mécanisme de transmission 3 qui permet d'entraîner le ou les pistons 1 et de mettre en rotation le rotor de la génératrice 2 pour permettre la génération du courant par la génératrice 2. Le mécanisme d'entraînement 10 a été envisagé ici selon trois exemples de réalisation. On comprend ici qu'il s'agit d'exemples non limitatif et que l'homme du métier pourra 15 envisager d'autres exemples se basant sur le concept sous-jacent à la présente invention. Un tel concept repose sur l'utilisation d'un mécanisme d'entraînement 10 innovant qui met en oeuvre au moins un contenant 11 compressible se présentant sous la forme d'un soufflet. Par soufflet ici, on entend un contenant compressible qui vient se déformer pour se remplir d'eau et reprendre sa forme initiale lors du vidage. 20 Dans chacun des exemples, le soufflet 11 se remplit puis se vide pour actionner le ou les pistons 1 dans un mouvement translatif de va-et-vient T1 et T2. Dans chacun des exemples, on retrouve donc une structure commune dans laquelle le mécanisme d'entraînement 10 comporte un contenant compressible 11 du type soufflet présentant une partie supérieure 1 la qui est montée de façon fixe sur le bâti 5 au niveau d'une 25 barre de support horizontal fixe 7, et une partie inférieure llb qui est mobile par rapport au bâti 5 et sur laquelle est fixé le piston 1. Ici, on prévoit que le contenant 11 peut se remplir et se vider du liquide contenu dans le réservoir 4 pour permettre le passage d'une position haute PI dans laquelle le contenant 11 est vide à une position basse P2 dans laquelle le contenant 11 est rempli du liquide, et inversement. 30 C'est ainsi que le passage successif d'une position à l'autre P1 et P2 va entraîner le piston 1 dans un mouvement de va-et-vient Tl et T2 provoquant ainsi la rotation R de l'arbre d'entraînement pour générer l' él ectri cité. 6 - Premier exemple de réalisation : Dans cet exemple, le piston 1, le mécanisme de transmission 3 reliant le piston 1 et la génératrice 2 sont ensemble logés dans un caisson étanche 6 immergé dans le fût 5. Ici, comme illustré en figure I, on dispose de deux contenants 11 (ou soufflets). 5 L'homme du métier comprendra ici que l'un des deux contenants jouent ici le rôle de réservoir 4 de liquide. Le système ici décrit un système de vases communicants. Dans cet exemple, les deux contenants 11 sont donc disposés côte à côte et sont reliés entre eux par des conduits d'acheminements 19. Une pompe 18 et des clapets 12 et 13 d'ouverture et de fermeture sont commandées par 10 une unité de commande (non représentée ici) pour permettre le remplissage et le vidage alternatif de chacun des contenants 11. Avant remplissage, la patte de contact 17 fixée sur la partie supérieure du contenant 11 est en contact avec le premier contacteur 15 qui est situé au niveau de la barre de support horizontal 7. Cette configuration correspond à la position haute PI . 15 Lorsque le soufflet 11 est dans cette position P1, l'unité de commande émet un signal à destination des clapets 12 et 13 afin d'assurer le remplissage du contenant 11. La structure en soufflet permet au contenant 11 de se déformer et de se remplir d'eau avec l'admission par les clapets d'ouverture du liquide dans le contenant 11. La partie inférieure 1lb du contenant 11 avec le poids du liquide s'abaisse par effet gravitaire. 20 Lors que le contenant 11 est rempli du liquide ou que celui-ci a atteint un seuil de remplissage déterminé, celui-ci est en position basse P2. La patte de contact 17 entre alors en contact avec le deuxième contacteur 16 qui correspond à la position basse P2. On comprend ici que les clapets 12 et 13 sont des électrovannes qui vont s'ouvrir et se 25 fermer sur ordre de l'unité de commande pour permettre l'admission ou l'évacuation du liquide dans le contenant ou en dehors de celui-ci. De la même façon, l'unité de commande ordonne à la pompe 18 de fonctionner dans un sens ou dans l'autre pour permettre le remplissage ou le vidage du contenant 11 (ou inversement du réservoir 4). 30 Comme indiqué préalablement, l'homme du métier comprendra ici que, dans cet exemple mettant en oeuvre deux soufflets, l'un des soufflets correspond au contenant 11 et l'autre soufflet correspond au réservoir 4. Cet exemple met donc en oeuvre un système de vases communicants dont le passage d'une position à l'autre permet d'entraîner le piston 1 dans un mouvement de va-et-vient. 7 Deuxième exemple de réalisation : Dans cet autre exemple, on retrouve toujours le principe du mécanisme d'entraînement 10 comprenant un contenant 11 de type soufflet. Le contenant 11 est rempli en liquide par l'ouverture commandée de clapets 12 5 positionnés sur le haut du contenant 11 ; le liquide tombe du réservoir 4 qui surplombe le contenant 11. Lors du remplissage, le principe est le même que dans le précédent exemple avec une augmentation du volume du contenant 11 et un arrêt du remplissage lorsque la partie inférieure 1lb arrive en position basse P2, une telle position étant atteinte lorsque la patte de contact 17 10 entre en contact avec le deuxième contacteur 16. Une fois en position basse, l'unité de commande ordonne la fermeture du premier clapet 12 et l'ouverture du troisième clapet 14a, ce troisième clapet 14a étant fixé sur l'extrémité de la partie inférieure 1 lb formant un entonnoir 14. On comprend ici que l'ouverture de ce troisième clapet 14a permet le vidage du liquide 15 dans un autre réservoir 4'. Simultanément à ce vidage, l'unité de commande ordonne l'actionnement de la pompe 18 ; cette pompe 18 qui est une pompe de relevage permet d'acheminer l'eau vers le haut du réservoir 4. L'ouverture et la fermeture synchronisées des clapets 12 et 14a et l'actionnement de la 20 pompe 18 permet ainsi de contrôler les cycles de remplissage et de vidage du contenant 11 assurant ainsi la déformation de celui-ci et entraînant de cette façon le piston 1 dans un mouvement de va-et-vient pour une génération de l'électricité. Dans cet exemple, on prévoit une gaine flexible de protection 21 qui est étanche pour protéger le piston 1. Cette gaine 21 sert de conduit de coulissement du piston 1. 25 Dans cet exemple, cette gaine 21 traverse le support horizontal 7 et le réservoir 4. Troisième exemple de réalisation : Dans ce dernier exemple, le mécanisme d'entraînement 10 est immergé dans le fût 5. Le principe est sensiblement identique au précédent exemple de la figure 2. 30 Contrairement à celui-ci, on dispose d'un unique réservoir 4. Le mécanisme étant immergé dans l'eau, on prévoit tout de même une gaine flexible de protection 21 qui est étanche pour protéger le piston 1 Cette gaine sert de conduit de coulissement du piston 1 et traverse le support horizontal 7. 8 L'extrémité de la partie inférieure 1 lb du contenant 1 I est directement reliée à la pompe 18 par l'intermédiaire d'un conduit 9. Le principe de remplissage et de vidage reste le même ; lors du vidage, l'eau est directement amenée par la pompe 18 jusqu'à la surface du réservoir 4 en passant par les conduits 5 9 et 8. Le fonctionnement de la pompe et l'ouverture des clapets 12 et 14a est similaire à celui de l'exemple de la figure 2. Ainsi, dans chacun de ces exemples, le concept sous-jacent à la présente invention est 10 de remplir d'eau un contenant 11 immergé et muni d'un ou deux pistons 1 et d'extraire cette eau contenue dans le soufflet par une pompe. On exploite donc ici la pression hydrostatique exercée sur le contenant compressible 1 1 pour atteindre une position haute ou basse afin d'entraîner le ou les pistons 1 dans un mouvement de va-et-vient Tl et T2 assurant une mise en rotation R du rotor d'une génératrice 15 électrique 2 grâce à un arbre de transmission 3 positionné entre le piston 1 et la génératrice 2. Plus particulièrement, cette pression hydrostatique permet un remplissage et un vidage du contenant 11 assurés par l'unité de commande. Dans chacun de ces exemples, la gestion de la commande d'ouverture et de fermeture des clapets ainsi que la commande de démarrage de la pompe se fait par l'intermédiaire des 20 contacteurs 15 et 16 et de la patte de contact 17. L'unité de commande traduit ainsi les informations provenant de ces capteurs pour déterminer si le contenant est en position haute ou basse afin d'assurer le remplissage ou le vidage de celui-ci. On notera ici que l'énergie nécessaire à l'alimentation de la pompe 18 reste la même tandis que l'énergie électrique produite par la pression hydrostatique varie en fonction de la 25 profondeur d'immersion du mécanisme d'entraînement 10. Il devra être observé que cette description détaillée porte sur un exemple de réalisation particulier de la présente invention, mais qu'en aucun cas cette description ne revêt un quelconque caractère limitatif à l'objet de l'invention ; bien au contraire, elle a pour objectif d'ôter toute éventuelle imprécision ou toute mauvaise interprétation des revendications qui 30 suivent. Il devra également être observé que les signes de références mis entre parenthèses dans les revendications qui suivent ne présentent en aucun cas un caractère limitatif ; ces signes ont pour seul but d'améliorer l'intelligibilité REVENDICATIONS1. Dispositif de génération d'électricité (100) comprenant : - au moins un piston (1) apte à translater selon un mouvement de va-et-vient (Tl, T2) ; - une génératrice de courant électrique (2) munie d'un rotor et d'un arbre d'entraînement du rotor monté rotatif ; et - un mécanisme de transmission (3) entre ledit au moins un piston (1) et l'arbre d'entraînement de ladite génératrice (2) apte à entraîner une rotation (R) de l'arbre par le mouvement de va-et-vient (T1, T2) dudit au moins un piston (1) , ledit dispositif (100) étant caractérisé en ce qu'il comprend un réservoir de liquide (4, 4') et un mécanisme d'entraînement (10) dudit au moins un piston (1) comportant au moins un contenant compressible (11) du type soufflet, ledit au moins un contenant (11) présentant une partie supérieure (1 la) montée de façon fixe et une partie inférieure (11b) mobile sur laquelle est fixé ledit au moins un piston (1), dans laquelle ledit au moins un contenant (11) est apte à se remplir dudit liquide pour permettre le passage d'une première position (P1), dite haute, dans lequel ledit contenant (11) est vide à une deuxième position (P2), dite basse, dans lequel ledit contenant (11) est rempli dudit liquide, et inversement, le passage successif d'une position à l'autre (P1, P2) entraînant ledit piston (1) dans un mouvement de va-et-vient (T1, T2) provoquant la rotation (R) de l'arbre d'entraînement pour générer l'électricité. 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, dans laquelle la partie supérieure (11a) dudit contenant (11) est équipée d'au moins un premier clapet (12) apte à s'ouvrir et se fermer pour un remplissage dudit contenant (11) en liquide. 3. Dispositif (100) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie supérieure (1 1 a) dudit contenant (11) est équipée d'au moins un deuxième clapet (13) apte à s'ouvrir et se fermer pour un vidage dudit contenant (11) en liquide. 4. Dispositif (100) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la partie inférieure (1 lb) dudit contenant (11) comprend un entonnoir (14) pourvu d'au moins un troisième clapet (14a) apte à s'ouvrir et se fermer pour un vidage dudit contenant (11)par effet gravitaire. 10 5 Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le mécanisme d'entraînement (10) comporte des premier (15) et deuxième (16) capteurs aptes à détecter si le contenant (11) est en position haute (P1) ou basse (P2). 5 6. Dispositif (100) selon la revendication 5, dans lequel les premier (15) et deuxième (16) capteurs sont des contacteurs fixes aptes à entrer en contact avec une patte de contact (17) mobile fixée sur la partie inférieure (11b) dudit contenant (11), le passage d'une position à l'autre (Pl, P2) entraînant la mise en contact de ladite patte (17) avec le premier (15) ou le deuxième (16) capteur de manière à indiquer si le contenant (11) est 10 en position haute (PI) ou basse (P2). 7. Dispositif (100) selon la revendication 5 ou 6 rattachée aux revendications 2 et 3 ou aux revendications 2 et 4, dans lequel le mécanisme d'entraînement (10) comporte une unité de commande reliée auxdits premier (15) et/ou deuxième (16) capteurs et configurée 15 pour commander en fonction de la position haute (Pl) ou basse (P2) dudit contenant (11) l'ouverture et la fermeture : a) dudit au moins un premier (12) et deuxième (13) clapets ; ou b) dudit au moins un premier (12) et troisième (14a) clapets. 20 8. Dispositif (100) selon la revendication 7, dans lequel le mécanisme d'entraînement (10) comporte une pompe (18) reliée audit réservoir (4, 4') et configurée pour réinjecter ledit liquide dans le réservoir (4, 4') lors du vidage dudit contenant (11), ladite pompe (18) étant actionnable par l'unité de commande. 25 9. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit mécanisme d'entraînement (10) comprend deux contenants (11) compressibles du type soufflet reliés entre eux par des conduits d'acheminement (19) dudit liquide, l'un des deux contenants (11) ayant la fonction dudit réservoir (4, 4') de liquide. 30 10. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme d'entraînement (10) comprend un conduit d'alimentation (20) en air reliant ledit contenant (11) à l'air libre pour permettre une évacuation de l'air contenu dans ledit contenant (11) lors du remplissage dudit contenant (11) par ledit liquide.