EP4264047A1 - Moteur hydraulique a balancier et procede de fonctionnement associe - Google Patents

Moteur hydraulique a balancier et procede de fonctionnement associe

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Publication number
EP4264047A1
EP4264047A1 EP21851829.8A EP21851829A EP4264047A1 EP 4264047 A1 EP4264047 A1 EP 4264047A1 EP 21851829 A EP21851829 A EP 21851829A EP 4264047 A1 EP4264047 A1 EP 4264047A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor
water
hydraulic
rocker
pendulum
Prior art date
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Pending
Application number
EP21851829.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe GAVELLE
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4264047A1 publication Critical patent/EP4264047A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia
    • F03G7/122—Alleged perpetua mobilia of closed energy loops

Definitions

  • TITLE Hydraulic pendulum motor and associated method of operation
  • the invention relates to a hydraulic motor with pendulum.
  • It relates more particularly to a hydraulic motor exploiting the weight of water to rotate a motor shaft in a single direction of rotation, with non-limiting applications which would be mechanical or electrical by coupling the motor shaft to an alternator or an electric generator.
  • a hydraulic motor with pendulum comprising:
  • At least one pendulum mechanism comprising a pendulum pivotally mounted on a fixed axis and provided with two diametrically opposed arms, namely a first arm provided with a free end on which is mounted a first shaft and a second arm provided with a free end on which a second barrel is mounted, said pendulum mechanism further comprising a wheel pivotally mounted on said fixed axis and integral in rotation with the balance, in which the balance is oscillating between:
  • motor direction a motor shaft coupled to the wheel of the balance mechanism by means of a mechanical conversion system which converts oscillations of the balance into successive rotations of the motor shaft according to a single direction of rotation, called motor direction.
  • the invention proposes to exploit the kinematic energy of the oscillations of the balance wheel to produce driving energy generated thanks to the mechanical conversion system in conjunction with the motor shaft.
  • the present hydraulic motor with pendulum is in no way a closed system but it is an open system which operates thanks to a supply of water provided by the arrival of water at upper tank; this water inlet thus acting as a source of energy for the hydraulic outrigger motor.
  • Such a hydraulic outrigger motor operates in this way as long as there is water in the upper tank.
  • This upper reservoir is not limited in volume and the water inlet can come from various water sources, alone or in combination, such as for example: rainwater, runoff water, waste water, running water in from rivers, streams, etc., waters of a large body of water, such as a lake, dam, lock, reservoir, etc.
  • the hydraulic outrigger motor comprises a water lift system which incorporates a lift pipe connecting the lower reservoir to the upper reservoir, or to the upper reservoir of another hydraulic outrigger motor (as in the case of (a superposition of hydraulic outrigger motors, as described later), and at least one actuating device coupled to the rise pipe and configured to cause water to rise in the rise pipe from the lower reservoir to said upper tank.
  • the hydraulic outrigger motor does not include such a water lift system, and it thus functions only with the water inlet which feeds the upper reservoir, continuously or more or less temporarily depending on the water source.
  • the at least one actuating device of the water lift system comprises:
  • a hydraulic discharge cylinder disposed in the lower reservoir and provided with a cylinder in which slides a piston separating a first chamber and a second chamber, said first chamber being provided with a first valve inlet in fluid communication with the lower reservoir and a first valved outlet in fluid communication with the riser pipe, and said second chamber being provided with a second valved inlet in fluidic communication with the lower reservoir and a second valved outlet in fluidic communication with said ascent pipe;
  • a transmission mechanism which comprises a transmission wheel pivotally mounted on the fixed axis and integral in rotation with the balance, said transmission wheel being kinematically connected to the piston of the hydraulic pressure cylinder, to convert oscillations of the balance into movements to-and-fro of the piston to successively suck water into the second chamber via the second valve inlet and at the same time push water out of the first chamber via the first valve outlet to make it rise in the pipe of rising water from the lower tank to the upper tank, then sucking water into the first chamber via the first valve inlet and simultaneously pushing water out of the second chamber via the second valve outlet to raise water in the riser pipe from the lower reservoir to the upper reservoir.
  • this first embodiment proposes, thanks to the hydraulic discharge cylinder and the transmission mechanism, to exploit part of the kinematic energy of the oscillations of the pendulum to raise part of the water from the lower reservoir to the upper reservoir, this which has the advantage of being able to reuse part of the water to produce driving energy generated thanks to the mechanical conversion system in conjunction with the motor shaft.
  • this transmission mechanism is advantageous for this transmission mechanism to be disengageable, so as to be movable between a clutched configuration which makes it possible to couple the transmission wheel to the balance (preferably during periods of low energy consumption) to cause the piston to oscillate, and a disengaged configuration which makes it possible to uncouple the transmission wheel from the balance (from preferably during periods of peak energy consumption) to leave the piston at rest.
  • the hydraulic discharge cylinder is immersed in the lower tank.
  • the transmission mechanism comprises a kinematic connecting member coupled in rotation to the transmission wheel and having two opposite ends connected to two respective opposite sides of the piston to move it in an antagonistic manner.
  • the kinematic connecting member is a flexible link having two opposite strands ending in the two respective opposite ends connected to the two respective opposite sides of the piston.
  • the flexible link is of the belt, cable, strap or chain type.
  • the two opposite strands of the flexible link are connected to the piston via respective return devices, such as pulleys for example.
  • the return devices comprise a muffle system.
  • the at least one actuating device of the water lift system comprises a hydraulic pump powered electrically by at least one electrical source.
  • first embodiment with hydraulic discharge cylinder and the second embodiment with hydraulic pump can be envisaged alone or in combination.
  • the at least one electrical source comprises a renewable source, such as for example a wind or solar source.
  • the at least one electric source comprises an alternator or an electric generator which is coupled to the motor shaft.
  • part of the energy generated by the rotation of the motor shaft is used to raise the water in the upper tank, as does the hydraulic discharge cylinder described above, for example during periods of hollow of energy consumption.
  • the at least one electrical source comprises an electrical network, preferably used during off-peak hours in order to "recharge” the hydraulic pendulum motor in order then, during peak hours, to deliver energy to the electrical network. which is in demand.
  • a booster tank for example of the bladder booster tank type, downstream of the actuating device of the water lift system, between said actuating device and the upper reservoir.
  • Such a booster tank is in fact advantageous for providing additional pressure to raise the water in the rise pipe.
  • the mechanical conversion system kinematically connects the wheel and the motor shaft to convert a rotation of the balance wheel according to a first direction of rotation into a rotation of the motor shaft according to the motor direction, and to convert a rotation of the balance wheel in a second direction of rotation, opposite to the first direction of rotation, into rotation of the motor shaft in the same motor direction, said mechanical conversion system preventing rotation of the motor shaft in an opposite direction of rotation in the motor sense.
  • the mechanical conversion system comprises at least one connecting element connecting the wheel to a transmission box, said transmission box being coupled to the motor shaft to convert the displacements of the connecting element or elements, induced by the oscillation of the balance, in one rotation of the motor shaft in the direction of the motor.
  • the mechanical conversion system comprises at least:
  • this second ratchet pinion being connected to the wheel via an inverter mechanism to convert a rotation of the balance in a second direction of the balance, opposite to the first direction of the balance, into a rotation of the motor shaft in the direction engine ; said motor shaft being able to rotate freely in the first pawl pinion and in the second pawl pinion according to the motor direction.
  • first valve drain and the second valve drain each comprise an intermediate chamber provided with an inlet in communication with the upper reservoir for filling the intermediate chamber with water, and with an outlet through which empties the intermediate chamber into the corresponding barrel, where the inlet and the outlet are provided respectively with an inlet valve and an outlet valve allowing opening/closing.
  • the inlet valve of the first valved evacuation and/or of the second valved evacuation is controlled by a float arranged in the corresponding intermediate chamber.
  • the outlet valve of the first valve outlet and/or of the second valve outlet is controlled to open only when the corresponding drum is in the high position below said outlet.
  • the balance is coupled to a variable ballast system comprising a movable ballast between:
  • variable ballast system is particularly advantageous because it makes it possible to weigh down the arm of the balance beam which is downhill and to lighten the arm of the balance beam which is uphill, compared to the arm downhill, thus amplifying the power and the speed of fall.
  • variable ballast system actuates the raising of the ballast by means of a dedicated actuating means.
  • This actuating means comprises an actuator and a movement mechanism which together make it possible to move the ballast, either by sliding along the pendulum, or by pivoting on the pendulum.
  • the actuator can be electrically powered by an electrical source, as previously described.
  • the actuating means may comprise:
  • - a means with a rack on the pendulum, and a carriage movable along the rack and carrying or forming the ballast;
  • a means comprising a lever arm at the end of which the ballast is provided, this lever arm being articulated at the center of the balance, and this lever arm being actuated in reversible pivoting on one side as on the other by means of a traction actuator, for example a winch.
  • the displacement of the ballast can for example be controlled by means of the detection system described below, which makes it possible to know the configuration of the pendulum and thus to actuate the ballast in one direction or the other.
  • the at least one pendulum mechanism is associated with a monitoring installation comprising a detection system configured to detect whether the pendulum is in the first configuration or in the second configuration, and comprising a locking system configured to lock/unlock the pendulum either in the first configuration or in the second configuration.
  • the detection system can be in the form of two presence detectors located in the high position, for example at the level of the first valve evacuation and the second valve evacuation, in order to detect whether the first drum is in the high position in below the first valve outlet and if the second barrel is in the high position below the second valve outlet.
  • These presence detectors can be contact detectors (for example in the form of a contactor) or contactless detectors (for example in the form of an optical detector or an inductive or magnetic detector).
  • the locking system can itself comprise two controlled locks, for example electric locks, located in a high position, for example at the level of the first valve evacuation and the second valve evacuation, with a first lock for locking the first drum in the high position and a second lock for locking the second drum in the high position.
  • two controlled locks for example electric locks, located in a high position, for example at the level of the first valve evacuation and the second valve evacuation, with a first lock for locking the first drum in the high position and a second lock for locking the second drum in the high position.
  • the interest of such a monitoring installation is to be able to control, in other words release or block, the oscillations of the balance, for example to temporally shift the oscillations of neighboring balances as described below. below, and also to release a movement only when the drum in the high position is full and the drum in the low position is empty.
  • the hydraulic pendulum motor comprises several pendulum mechanisms pivotally mounted on the fixed axis, where the motor shaft is coupled to the wheels of the pendulum mechanisms by means of mechanical conversion systems which convert oscillations of the pendulums of the pendulum mechanisms in successive rotations of the motor shaft according to the motor direction.
  • each of the several pendulum mechanisms is associated with a dedicated surveillance installation (as described above), and a control/command unit is connected to the detection system and to the locking system of the surveillance installation. of each of the several pendulum mechanisms, this control/command unit being configured to alternately control the locking systems of the several pendulum mechanisms according to their configurations detected by the detection systems.
  • control/command unit makes it possible to shift the oscillations of the pendulums of the various pendulum mechanisms in time, by retaining the barrels in the high position (thanks to the locking systems) and by releasing them according to the configurations of the other pendulum mechanisms. , to obtain a sort of continuous rotational movement which allows working with an almost constant working regime.
  • first balance which is in the process of switching from its first configuration to its second configuration, and during this time a second balance (for example close to the first balance) is locked in its first configuration while its first barrel fills with water, then this second balance is automatically unlocked when the first balance is detected in its second configuration, and so on with a third balance, etc.
  • This control/command unit will also make it possible to manage the starting of the engine with a controlled acceleration phase, and the stopping of the engine with a controlled deceleration phase.
  • the programming of the control/command unit thus ensures optimized control of all the balances.
  • the invention also relates to a motorized assembly comprising at least two hydraulic outrigger motors in accordance with the invention, in which the at least two hydraulic outrigger motors are arranged one above the other, and the lower reservoir of the hydraulic outrigger motor above is in communication with or coincides with the upper reservoir of the hydraulic outrigger motor below.
  • this assembly comprises two or more hydraulic motors with superposed pendulum, so that the water poured into a lower tank of one motor will be able to be used to supply the upper tank of another motor.
  • the invention also relates to a method of operating a hydraulic rocker motor according to the invention, comprising the following steps:
  • this method of operation implements a step of raising water in which to raise water in a raising pipe from the lower reservoir to the upper reservoir.
  • This raising step can be implemented intermittently, for example during periods of low energy consumption.
  • this step of raising the water implements a conversion, by means of the transmission mechanism described above, of the oscillations of the pendulum into to-and-fro movements of the piston of the hydraulic discharge cylinder for successively sucking water into the second chamber via the second valve inlet and concomitantly pushing water out of the first chamber via the first valve outlet to bring it back up into the pipe for raising water from the lower tank to the upper tank, then sucking water into the first chamber via the first valve inlet and concomitantly pushing water out of the second chamber via the second outlet at valve to raise water in the rise pipe from the lower reservoir to the upper reservoir.
  • this step of raising water implements an activation of the hydraulic pump described above.
  • Figure 1 is a schematic view of an example of hydraulic rocker motor according to the invention, in a first configuration
  • Figure 2 is a schematic view of the pendulum hydraulic motor of Figure 1, in a second configuration
  • Figure 3 is a schematic view of an alternative embodiment of a pendulum mechanism for a hydraulic motor with pendulum according to the invention, in a first configuration (on the left) and in a second configuration (on the right);
  • Figure 4 is a schematic view of an alternative embodiment of a water lift system for a hydraulic motor with pendulum according to the invention
  • Figure 5 is a schematic view of another alternative embodiment of a pendulum mechanism for a hydraulic motor with pendulum according to the invention, in a first configuration (on the left) and in a second configuration (on the right); and
  • Figure 6 includes a schematic side view of the mechanical conversion system and schematic front views of three alternative embodiments for the mechanical conversion system.
  • a hydraulic motor with pendulum 1 comprises an upper tank 2 supplied with water by a water inlet 20.
  • This upper tank 2 is equipped on two opposite sides with a first evacuation at valve 21 and a second valve outlet 22.
  • the first valve evacuation 21 comprises a first intermediate chamber 210 provided with: - an inlet in communication with the upper tank 2 for filling the first intermediate chamber 210 with water, where this inlet is provided with an inlet valve 211 allowing opening/closing, and
  • the second valve outlet 22 comprises a second intermediate chamber 220 provided with:
  • the valves 211, 212, 221, 222 are, for example, of the valve, valve or solenoid valve system type.
  • the hydraulic motor with pendulum 1 comprises a lower reservoir 3 located below the upper reservoir 2, for example at the level of a floor or a support.
  • An overflow pipe 63 is connected between the upper reservoir 2 and the lower reservoir 3 in order to allow emptying of the overflow from the upper reservoir 2 to the lower reservoir 3, in other words an emptying of excess water ( above a certain limit).
  • the lower tank 3 can also be equipped with an overflow, and a drain 58 (as shown in Figure 4) provided with a drain valve to drain it when necessary; such a drain 58 can optionally be associated with a grit trap compartment.
  • the hydraulic pendulum motor 1 comprises at least one pendulum mechanism 4 comprising:
  • a pendulum 40 pivotally mounted on a fixed axis 49 and provided with two diametrically opposed arms 41, 42, namely a first arm 41 provided with a free end on which is mounted a first shaft 410 and a second arm 42 provided with a free end on which is mounted a second barrel 420; and
  • the two arms 41, 42 here form an angle of 180 degrees, but it is possible for this angle between the two arms 41, 42 to be less, and for example between 120 and 180 degrees.
  • the balance 40 intersects the fixed axis 49 at its center, and thus the balance 40 passes through its axis of rotation.
  • the balance 40 is offset from the center of the fixed axis 49, so that the balance 40 does not pass through its axis of rotation.
  • This variant notably offers greater angular travel for the balance 40.
  • the wheel 43 can be disengaged in rotation from the balance 40.
  • the wheel 43 can be independent and disengageable from the balance 40, so that in a engaged position the wheel 43 is integral in rotation with the balance 40 , and in a disengaged position the wheel 43 is released from the balance 40.
  • This pendulum mechanism 4 oscillates between:
  • first barrel 410 is in the high position below the first valve outlet 21 to be filled with water from the upper tank 2 and the second barrel 420 is in the low position to pour its water into the lower tank 3;
  • the first barrel 410 is below the outlet of the first valve outlet 21, and the outlet valve 212 is open, while the inlet valve 211 is closed;
  • the outlet valve 222 of the second outlet valve 22 is closed, and the inlet valve 221 is open so that the second intermediate chamber 220 fills with water.
  • the second drum 420 is below the outlet of the second valve outlet 22, and the outlet valve 222 is open, while the inlet valve 221 is closed;
  • the outlet valve 212 of the first valve outlet 21 is closed, and the inlet valve 211 is open so that the first intermediate chamber 210 fills with water.
  • the inlet valve 211 of the first valved evacuation 21 is for example controlled in opening/closing by a float arranged in the first intermediate chamber 210.
  • the inlet valve 221 of the second valved evacuation 22 is by example controlled in opening/closing by a float arranged in the second intermediate chamber 220.
  • the outlet valve 212 of the first valve outlet 21 is controlled to open only when the first drum 410 is in the high position below the outlet.
  • the outlet valve 222 of the second valve outlet 22 is controlled to open only when the second barrel 420 is in the high position below the outlet.
  • the first barrel 410 can be articulated on the free end of the first arm 41 to be able to be straightened in the first configuration (in the high position) and thus be filled via the first valve outlet 21, and also to be able to switch to the second configuration. (in the low position) and thus empty into the lower tank 3.
  • the second barrel 420 can be articulated on the free end of the second arm 42 to be able to be straightened in the second configuration (in the high position) and thus fill via the second valve outlet 22, and also to be able to switch to the first configuration (in the low position) and thus empty into the lower reservoir 3.
  • first barrel 410 and the second barrel 420 are equipped with valve openings in their respective bottoms, these valve openings opening only in the low position for an overflow into the lower tank 3.
  • the balance is coupled to a variable ballast system comprising a ballast 55 movable between:
  • This variable ballast system includes an actuator (not shown) which can be powered by an electrical source, and a mechanism (eg, pivot, rack, pull, etc.) which cooperates with the actuator to reversibly move the ballast 55 in either of the two positions.
  • an actuator not shown
  • a mechanism eg, pivot, rack, pull, etc.
  • the hydraulic motor with pendulum 1 further comprises a water lift system which incorporates a riser pipe 6 connecting the lower reservoir 3 to the upper reservoir 2, and an actuating device coupled to the riser pipe 6 and configured to cause water to rise in the riser pipe 6 from the lower reservoir 3 to to the upper tank 2; such a water lift system being optional.
  • the actuating device comprises a hydraulic discharge cylinder 5 disposed in the lower reservoir 3 and provided with a cylinder 59 in which slides a piston 50 separating a first chamber 51 and a second bedroom 52.
  • the first chamber 51 is provided with a first valve inlet 511 in fluid communication with the lower tank 511 and a first valve outlet 512 in fluid communication with an ascent pipe 6 which goes up to the upper tank 2.
  • the second chamber 52 is provided with a second valve inlet 521 in fluid communication with the lower tank 3 and a second valve outlet 522 in fluid communication with the rise pipe 6.
  • the rise pipe 6 thus has a lower mouth 61 in fluid communication with both the first valve outlet 512 and the second valve outlet 522, and rises from this lower mouth 61 to an upper mouth 60 located on or at the above the upper reservoir 2 so that the water discharged by the hydraulic discharge cylinder 5 is introduced into the upper reservoir 2.
  • a solenoid valve can be considered in the rise pipe 6, and in particular at the level of the upper mouth 60, in order to be able to control the rise of water in the upper reservoir 2.
  • the hydraulic discharge cylinder 5 is immersed in the lower tank 3, so that:
  • the first chamber 51 fills with water when the first valve inlet 511 is open and at the same time the first valve outlet 512 is closed,
  • the second chamber 52 fills with water when the second valve inlet 521 is open and at the same time the second valve outlet 522 is closed.
  • the actuation device comprises a hydraulic pump 56 in communication with the lower reservoir 3 and with the rise pipe 6, where this hydraulic pump 56 is an electric pump electrically powered by at least one electrical source. It is also advantageous to provide a booster tank 57, for example of the bladder booster tank type, downstream of the hydraulic pump 56, between the hydraulic pump and the upper reservoir located at the end of the rise pipe 6. A check valve can also be provided upstream of the hydraulic pump 56, between the latter and the lower reservoir 3. It should be noted that this booster balloon 57 can also be envisaged in association with the hydraulic discharge cylinder 5 described above, this booster 57 then being placed downstream of the hydraulic discharge cylinder 5.
  • the hydraulic outrigger motor 1 comprises a transmission mechanism 7 which kinematically connects the wheel 43 of the outrigger mechanism 4 to the piston 50 of the hydraulic discharge cylinder 5, to convert oscillations of the outrigger 40 (shown diagrammatically by the arrows S1 and S2) into back and forth movements of the piston 50 for successively:
  • the transmission mechanism 7 comprises a transmission wheel 79 pivotally mounted on the fixed axis 49 and integral in rotation with the rocker arm 40, and comprises a kinematic link member 70 coupled in rotation to the transmission 79 and having two opposite ends 71, 72 connected to two respective opposite sides of the piston 50 to move it in an antagonistic manner.
  • the kinematic connecting member 70 is a flexible link (such as for example of the belt, cable, strap or chain type) having two opposite strands 73, 74 ending in the two respective opposite ends 71, 72 connected on the two respective opposite sides of the piston 50, where these two opposite strands 73, 74 of the flexible link are connected to the piston 50 via respective return devices 75, 76, such as for example pulleys. It is possible to provide a muffle system for the return devices.
  • the flexible link 70 can be more or less elastic, to allow time for the descending arm 41, 42 to reach sufficient power or speed. In this way, the flexible link 70 can store, by its elasticity, part of the energy transmitted by the balance 40, to allow the latter to reach its speed and its maximum torque, and restore it to the hydraulic cylinder of discharge 5. To exploit an equivalent phenomenon, it is possible to give an oval shape to the wheel 43.
  • the transmission mechanism 7 can be engaged/disengaged vis-à-vis the balance 40, in order to be coupled (engaged position) or released (disengaged position) of the balance 40.
  • the wheel of transmission 79 is:
  • the hydraulic motor with pendulum 1 further comprises a motor shaft 8 coupled to the wheel 43 of the pendulum mechanism 4 by means of a mechanical conversion system 9 which converts oscillations of the pendulum 40 into successive rotations of the motor shaft 8 in a single direction of rotation, called motor direction SM.
  • This motor shaft 8 can for example be located above or below the wheel 43, so as not to interfere with the movements of the balance 40.
  • this mechanical conversion system 9 kinematically connects the wheel 43 and the motor shaft 8 to convert a rotation of the balance 40 according to a first direction of rotation SI (illustrated in Figure 1) into a rotation of the motor shaft 8 according to the motor direction SM, and to convert a rotation of the balance 40 according to a second direction of rotation S2 (illustrated in Figure 2), opposite to the first direction of rotation SI, into a rotation of the motor shaft 8 according to the same motor direction SM, and where this mechanical conversion system 9 prohibits rotation of the motor shaft 8 in a direction of rotation opposite to the motor direction SM.
  • a first direction of rotation SI illustrated in Figure 1
  • a second direction of rotation S2 illustrated in Figure 2
  • the motor shaft 8 can be coupled to an alternator directly at one of its ends, or via a return mechanism (such as for example a pinion, a chain or belt system, etc.) depending on the speed and the power wanted.
  • the motor shaft 8 is held by at least two rolling bearings, and it can be associated with or include a motor flywheel to maintain its inertia.
  • the mechanical conversion system 9 comprises at least one connecting element 90, 91 connecting the wheel 43 to a transmission box 99, such a transmission box 99 being coupled to the motor shaft 8 to convert the displacements of the connecting element(s) 90, 91, induced by the oscillation of the rocker arm 40, into a rotation of the motor shaft 8 according to the single motor direction SM.
  • the mechanical conversion system 9, or the gearbox 99 can be of different types of mechanism depending on the desired engine torque or according to the configuration of the hydraulic rocker motor 1, and it is advantageous that such a mechanical conversion system 9 comprises at least two pawl pinions 95, 93 according to the motor direction SM which provide unidirectional rotations of the motor shaft 8 according to the motor direction SM, and this motor shaft 8 can freely rotate in the pawl pinions 95, 93 according to the SM motor direction.
  • the mechanical conversion system 9 (or the transmission box 99) comprises:
  • first unidirectional ratchet pinion 95 according to the motor direction SM and which is mounted on the motor shaft 8, this first ratchet pinion 95 being connected to the wheel 43 to convert a rotation of the balance 40 according to the first direction of the balance SI in one rotation of the motor shaft 8 in the motor direction SM, without driving the motor shaft 8 during a rotation of the balance 40 in the second direction of the balance S2 (opposite to the first direction of the balance SI);
  • the balance 40 pivots in the first direction of the balance SI, then it is the first ratchet pinion 95 which rotates in the motor direction SM and which drives the motor shaft 8 in rotation in the motor direction SM, and this motor shaft 8 rotates freely in the second pawl pinion 93, and moreover this second pawl pinion 93 rotates in the opposite direction to the motor direction SM (due to the inverter mechanism 97) without hindering the rotation of the motor shaft 8 according to the motor direction SM.
  • the first ratchet pinion 95 is connected directly to the wheel 43 by a first link 91, such as for example of the belt, cable, strap or chain type; this first link 91 being engaged in a first groove 431 of wheel 43.
  • the first ratchet pinion 95 meshes with wheel 43, which is then a toothed wheel.
  • the second ratchet pinion 94 is connected to the wheel 43 by a second link 90, such as for example of the belt, cable, strap or chain type, via the reverser mechanism 97 which reverses the direction of rotation; this second link 90 being engaged in a second groove 430 of wheel 43.
  • the reverser mechanism 97 meshes directly with wheel 43 and with second pawl pinion 94.
  • the reversing mechanism comprises two reversing pulleys 92, 94 over which the second connecting element 90 passes to reverse the direction of rotation.
  • the reversing mechanism comprises a cross-mounting of the second connecting element 90, between the wheel 43 and the second pawl pinion 93, to reverse the direction of rotation.
  • the reversing mechanism comprises an intermediate pinion 96 over which passes the second link element 90 and which meshes with the second pawl pinion 93, to reverse the direction of rotation.
  • Other assemblies of the reverser mechanism 97 are entirely possible, without departing from the scope of the invention.
  • the motor comprises two reverse-direction motor shafts which can be coupled by a pinion.
  • the hydraulic pendulum motor 1 comprises several pendulum mechanisms 4 pivotally mounted on the fixed axis 49, where the motor shaft 8 is coupled to the wheels 43 of the pendulum mechanisms 4 by means of mechanical conversion systems which convert oscillations of the pendulums 40 of the various pendulum mechanisms 4 in successive rotations of the motor shaft 8 according to the motor direction SM, thus making it possible to smooth the rotation of the motor shaft 8.
  • the number of pendulum mechanisms 4, the length of their arms 41, 42 and the volume of their barrels 410, 420 are not limited, thus allowing industrial powers to be obtained.
  • the method of operation also implements a step of raising water which consists of raising water in the rising pipe 6 from the lower reservoir 3 to said upper reservoir 2 or to the reservoir upper 2 of another hydraulic pendulum motor 1.
  • this step of raising water implements a step which consists in converting, by means of the transmission mechanism 7, the oscillations of the rocker arm 40 (as shown schematically by the arrows SI and S2 in Figures 1 and 2) into reciprocating movements of the piston 50 of the hydraulic discharge cylinder 5 (as shown schematically by the arrows DI and D2 on the Figures 1 and 2) to successively suck water into the second chamber 52 via the second valve inlet 521 and concomitantly push water out of the first chamber 51 via the first valve outlet 512 to bring it back up into the pipe 6 for raising water from the lower reservoir 3 to the upper reservoir 2, then sucking water into the first chamber 51 via the first valve inlet 511 and concomitantly pushing water out of the second chamber 52 via the second valve outlet 522 to bring water up the rise pipe 6 from the lower reservoir 3 to the upper reservoir 2.

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Abstract

Moteur hydraulique à balancier (1) comprenant un réservoir supérieur (2) alimenté en eau par une arrivée d'eau (20) et ayant deux évacuations à clapet, un mécanisme à balancier (4) comprenant un balancier (40) pivotant sur un axe fixe (49) et muni de deux bras (41, 42) supportant deux fûts (410, 420) et une roue (43) solidarisable en rotation avec le balancier qui oscille avec les fûts qui sont alternativement en position haute sous une évacuation à clapet pour être rempli en eau et une position basse pour déverser dans un réservoir inférieur (3), un arbre moteur (8) accouplé à la roue via un système mécanique de conversion (9) convertissant des oscillations du balancier en des rotations selon un sens unique de rotation.

Description

TITRE : Moteur hydraulique à balancier et procédé de fonctionnement associé
[Domaine technique]
L'invention se rapporte à un moteur hydraulique à balancier.
Elle se rapporte plus particulièrement à un moteur hydraulique exploitant le poids de l'eau pour faire tourner un arbre moteur selon un sens unique de rotation, avec des applications non limitatives qui seraient mécaniques ou électriques en couplant l'arbre moteur à un alternateur ou à une génératrice électrique.
[Etat de la technique]
Il est connu d'employer le poids de l'eau pour faire tourner un arbre moteur, par exemple au moyen d'une roue à aubes placée dans un courant d'eau. Cependant, face notamment à la sécheresse croissante, il existe un besoin de pouvoir exploiter l'énergie de l'eau, même si la source d'eau est faible, autrement dit de pouvoir générer une énergie motrice (ici la rotation d'un arbre moteur) avec peu d'eau à disposition. L'intérêt d'une telle solution serait ainsi de produire de l'énergie motrice à faible coût, dans des conditions très variées.
[Résumé de l'invention]
A cette fin, l'invention propose un moteur hydraulique à balancier comprenant :
- un réservoir supérieur alimenté en eau par une arrivée d'eau, ledit réservoir supérieur étant équipé d'une première évacuation à clapet et d'une seconde évacuation à clapet ;
- un réservoir inférieur localisé en-dessous du réservoir supérieur ;
- au moins un mécanisme à balancier comprenant un balancier monté pivotant sur un axe fixe et muni de deux bras diamétralement opposés, à savoir un premier bras muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un premier fût et un second bras muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un second fût, ledit mécanisme à balancier comprenant en outre une roue montée pivotante sur ledit axe fixe et solidarisable en rotation avec le balancier, dans lequel le balancier est oscillant entre :
- une première configuration dans laquelle le premier fût est en position haute en- dessous de la première évacuation à clapet pour être rempli en eau du réservoir supérieur et le second fût est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur ; et
- une seconde configuration dans laquelle le second fût est en position haute en- dessous de la seconde évacuation à clapet pour être rempli en eau du réservoir supérieur et le premier fût est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur ;
- un arbre moteur accouplé à la roue du mécanisme à balancier au moyen d'un système mécanique de conversion qui convertit des oscillations du balancier en des rotations successives de l'arbre moteur selon un sens unique de rotation, appelé sens moteur.
Ainsi, l'invention propose d'exploiter l'énergie cinématique des oscillations du balancier pour produire de l'énergie motrice générée grâce au système mécanique de conversion en liaison avec l'arbre moteur.
Il est bien clair, au sens de l'invention, que le présent moteur hydraulique à balancier n'est en aucun cas un système fermé mais il est un système ouvert qui fonctionne grâce à un apport d'eau procuré par l'arrivée d'eau au niveau du réservoir supérieur ; cette arrivée d'eau agissant ainsi comme une source en énergie pour le moteur hydraulique à balancier.
Un tel moteur hydraulique à balancier fonctionne ainsi tant qu'il y a de l'eau dans le réservoir supérieur. Ce réservoir supérieur n'est pas limité en volume et l'arrivée d'eau peut être issue de diverses sources d'eau, seules ou en combinaison, comme par exemple : eaux pluviales, eaux d'écoulement, eaux usées, eaux vives en provenance de rivières, ruisseaux, etc., eaux d'une large étendue d'eau, comme un lac, un barrage, une écluse, un réservoir, etc.
Dans une réalisation particulière, le moteur hydraulique à balancier comprend un système de remontée d'eau qui intègre une conduite de remontée reliant le réservoir inférieur au réservoir supérieur, ou au réservoir supérieur d'un autre moteur hydraulique à balancier (comme dans le cas d'une superposition de moteurs hydrauliques à balancier, ainsi que décrit ultérieurement), et au moins un dispositif d'actionnement accouplé à la conduite de remontée et configuré pour faire remonter dans la conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'audit réservoir supérieur.
Ainsi, il est envisageable de remonter une partie de l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, en exploitant une partie de l'énergie produite par le moteur hydraulique à balancier (de préférence de manière transitoire, pendant des moments de creux en terme de consommation énergétique, comme par exemple durant la nuit ainsi que classiquement pratiqué dans les barrages hydrauliques) et/ou en exploitant une énergie provenant d'au moins une source d'énergie renouvelable extérieure.
Bien entendu, en variante, le moteur hydraulique à balancier ne comprend pas un tel système de remontée d'eau, et il fonctionne ainsi uniquement avec l'arrivée d'eau qui alimente le réservoir supérieur, de manière continue ou plus ou moins transitoire selon la source d'eau.
Dans une première réalisation, l'au moins un dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau comprend :
- un vérin hydraulique de refoulement disposé dans le réservoir inférieur et muni d'un cylindre dans lequel coulisse un piston séparant une première chambre et une seconde chambre, ladite première chambre étant munie d'une première entrée à clapet en communication fluidique avec le réservoir inférieur et d'une première sortie à clapet en communication fluidique avec la conduite de remontée, et ladite seconde chambre étant munie d'une seconde entrée à clapet en communication fluidique avec le réservoir inférieur et d'une seconde sortie à clapet en communication fluidique avec ladite conduite de remontée ;
- un mécanisme de transmission qui comprend une roue de transmission montée pivotante sur l'axe fixe et solidarisable en rotation avec le balancier, ladite roue de transmission étant reliée cinématiquement au piston du vérin hydraulique de refoulement, pour convertir des oscillations du balancier en des mouvements de va- et-vient du piston pour successivement aspirer de l'eau dans la seconde chambre via la seconde entrée à clapet et concomitamment refouler de l'eau hors de la première chambre via la première sortie à clapet pour faire remonter dans la conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'au réservoir supérieur, puis aspirer de l'eau dans la première chambre via la première entrée à clapet et concomitamment refouler de l'eau hors de la seconde chambre via la seconde sortie à clapet pour faire remonter dans la conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'au réservoir supérieur.
Ainsi, cette première réalisation propose, grâce au vérin hydraulique de refoulement et au mécanisme de transmission, d'exploiter une partie de l'énergie cinématique des oscillations du balancier pour remonter une partie de l'eau du réservoir inférieur vers le réservoir supérieur, ce qui a l'avantage de pouvoir réutiliser une partie de l'eau pour produire de l'énergie motrice générée grâce au système mécanique de conversion en liaison avec l'arbre moteur.
Il est avantageux que ce mécanisme de transmission soit débrayable, de sorte à être déplaçable entre une configuration embrayée qui permet d'accoupler la roue de transmission au balancier (de préférence durant des périodes de creux de consommation énergétique) pour faire osciller le piston, et une configuration débrayée qui permet de désaccoupler la roue de transmission du balancier (de préférence durant des périodes de pics de consommation énergétique) pour laisser au repos le piston.
Selon une variante, le vérin hydraulique de refoulement est immergé dans le réservoir inférieur.
Selon une caractéristique, le mécanisme de transmission comprend un organe de liaison cinématique couplé en rotation à la roue de transmission et présentant deux extrémités opposées raccordées sur deux côtés opposés respectifs du piston pour le déplacer de manière antagoniste.
Selon une autre possibilité, l'organe de liaison cinématique est un lien souple présentant deux brins opposés se terminant par les deux extrémités opposées respectives raccordées sur les deux côtés opposés respectifs du piston.
Selon une autre possibilité, le lien souple est du type courroie, câble, sangle ou chaîne.
Dans une réalisation particulière, les deux brins opposés du lien souple sont raccordés au piston en passant par des dispositifs de renvoi respectifs, comme par exemple des poulies.
Avantageusement, les dispositifs de renvoi comprennent un système de moufle.
Dans une seconde réalisation, l'au moins un dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau comprend une pompe hydraulique alimentée électriquement par au moins une source électrique.
Bien entendu, la première réalisation avec vérin hydraulique de refoulement et la seconde réalisation avec pompe hydraulique peuvent être envisagées seules ou en combinaison.
Il est avantageux de piloter la pompe hydraulique, de sorte à être activée durant des périodes de creux de consommation énergétique, et à être désactivée durant des périodes de pics de consommation énergétique.
Selon une possibilité, l'au moins une source électrique comprend une source renouvelable, comme par exemple une source éolienne ou solaire.
L'avantage d'une telle solution est d'utiliser une source renouvelable qui est la plupart du temps une source d'énergie intermittente, car dépendant de conditions climatiques, pour faire remonter l'eau dans le réservoir supérieur, et donc pour « recharger » le moteur hydraulique à balancier, ce qui est avantageux pour lisser la production d'énergie et ainsi produire une énergie électrique constante ou régulière pour un réseau électrique. Selon une autre possibilité, l'au moins une source électrique comprend un alternateur ou une génératrice électrique qui est couplé à l'arbre moteur.
Autrement dit, une partie de l'énergie générée par la rotation de l'arbre moteur sert à faire remonter l'eau dans le réservoir supérieur, comme le fait le vérin hydraulique de refoulement décrit ci-dessus, par exemple durant des périodes de creux de consommation énergétique.
Selon une autre possibilité, l'au moins une source électrique comprend un réseau électrique, de préférence utilisé durant des heures creuses afin de « recharger » le moteur hydraulique à balancier pour ensuite, durant les heures pleines, délivrer de l'énergie au réseau électrique qui est en demande.
Dans une réalisation particulière, il est prévu un ballon surpresseur, par exemple de type ballon surpresseur à vessie, en aval du dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau, entre ledit dispositif d'actionnement et le réservoir supérieur.
Un tel ballon surpresseur est en effet avantageux pour apporter un surcroît de pression pour remonter l'eau dans la conduite de remontée.
Dans un mode de réalisation particulier, le système mécanique de conversion relie cinématiquement la roue et l'arbre moteur pour convertir une rotation du balancier selon un premier sens de rotation en une rotation de l'arbre moteur selon le sens moteur, et pour convertir une rotation du balancier selon un second sens de rotation, opposé au premier sens de rotation, en une rotation de l'arbre moteur selon le même sens moteur, ledit système mécanique de conversion interdisant une rotation de l'arbre moteur selon un sens de rotation opposé au sens moteur.
Selon une possibilité, le système mécanique de conversion comprend au moins un élément de liaison reliant la roue à une boîte de transmission, ladite boîte de transmission étant accouplée à l'arbre moteur pour convertir les déplacements du ou des éléments de liaison, induits par l'oscillation du balancier, en une rotation de l'arbre moteur selon le sens moteur.
Dans une réalisation particulière, le système mécanique de conversion comprend au moins :
- un premier pignon à cliquet unidirectionnel selon le sens moteur et qui est monté sur l'arbre moteur, ce premier pignon à cliquet étant relié à la roue pour convertir une rotation du balancier selon un premier sens de balancier en une rotation de l'arbre moteur selon le sens moteur ;
- un second pignon à cliquet unidirectionnel selon le sens moteur et qui est monté sur l'arbre moteur, ce second pignon à cliquet étant relié à la roue via un mécanisme inverseur pour convertir une rotation du balancier selon un second sens de balancier, opposé au premier sens de balancier, en une rotation de l'arbre moteur selon le sens moteur ; ledit arbre moteur pouvant librement tourner dans le premier pignon à cliquet et dans le second pignon à cliquet selon le sens moteur.
Dans une réalisation avantageuse, la première évacuation à clapet et la seconde évacuation à clapet comprennent chacune une chambre intermédiaire munie d'une entrée en communication avec le réservoir supérieur pour un remplissage de la chambre intermédiaire en eau, et d'une sortie par laquelle se vide la chambre intermédiaire dans le fût correspondant, où l'entrée et la sortie sont munie respectivement d'un clapet d'entrée et d'un clapet de sortie permettant une ouverture/fermeture.
Selon une caractéristique, le clapet d'entrée de la première évacuation à clapet et/ou de la seconde évacuation à clapet est commandé par un flotteur disposé dans la chambre intermédiaire correspondante.
Selon une autre caractéristique, le clapet de sortie de la première évacuation à clapet et/ou de la seconde évacuation à clapet est commandé en ouverture seulement lorsque le fût correspondant est en position haute en-dessous de ladite sortie.
Dans un mode de réalisation particulier, le balancier est accouplé à un système de lestage variable comprenant un lest déplaçable entre :
- une première position sur le premier bras et proche du premier fût lorsque le balancier est dans la première configuration ; et
- une seconde position sur le second bras et proche du second fût lorsque le balancier est dans la seconde configuration.
Un tel système de lestage variable est particulièrement avantageux car il permet d'alourdir le bras du balancier qui est en descente et d'alléger le bras de balancier qui est en montée, comparativement au bras en descente, amplifiant ainsi la puissance et la vitesse de chute.
Bien sûr, une fois que le bras en descente est en bas, le système de lestage variable actionne la remontée du lest au moyen d'un moyen d'actionnement dédié. Ce moyen d'actionnement comprend un actionneur et un mécanisme de déplacement qui permettent ensemble de déplacer le lest, soit en coulissement le long du balancier, soit en pivotement sur le balancier. L'actionneur peut être alimenté électriquement par une source électrique, comme décrit précédemment. A titre d'exemple non limitatif, le moyen d'actionnement peut comprendre :
- un moyen avec une crémaillère sur le balancier, et un chariot déplaçable le long de la crémaillère et portant ou formant le lest ;
- un moyen avec un actionneur de traction, par exemple un treuil, qui déplace au moyen de liens le lest guidé en coulissement le long du balancier, éventuellement via des systèmes de renvoi, tels que des poulies ;
- un moyen comprenant un bras de levier au bout duquel est prévu le lest, ce bras de levier étant articulé au centre du balancier, et ce bras de levier étant actionné en pivotement réversiblement d'un côté comme de l'autre au moyen d'un actionneur de traction, par exemple un treuil.
Le déplacement du lest peut par exemple être commandé grâce au système de détection décrit ci-dessous, qui permet de connaître la configuration du balancier et ainsi d'actionner le lest dans un sens ou dans l'autre.
Dans une réalisation particulière, l'au moins un mécanisme à balancier est associé à une installation de surveillance comprenant un système de détection configuré pour détecter si le balancier est dans la première configuration ou dans la seconde configuration, et comprenant un système de verrouillage configuré pour verrouiller/déverrouiller le balancier soit dans la première configuration soit dans la seconde configuration.
Le système de détection peut se présenter sous la forme de deux détecteurs de présence situés en position haute, par exemple au niveau de la première évacuation à clapet et de la seconde évacuation à clapet, afin de détecter si le premier fût est en position haute en-dessous de la première évacuation à clapet et si le second fût est en position haute en-dessous de la seconde évacuation à clapet.
Ces détecteurs de présence peuvent être des détecteurs à contact (par exemple sous la forme d'un contacteur) ou des détecteurs sans contact (par exemple sous la forme d'un détecteur optique ou d'un détecteur inductif ou magnétique).
Le système de verrouillage peut quant à lui comprendre deux verrous pilotés, par exemple des verrous électriques, situés en position haute, par exemple au niveau de la première évacuation à clapet et de la seconde évacuation à clapet, avec un premier verrou pour verrouiller le premier fût en position haute et un second verrou pour verrouiller le second fût en position haute.
L'intérêt d'une telle installation de surveillance est de pouvoir piloter, autrement dit libérer ou bloquer, les oscillations du balancier, par exemple pour décaler temporellement des oscillations de balanciers voisins comme décrit ci- dessous, et également pour libérer un mouvement que lorsque le fût en position haute est plein et que le fût en position basse est vide.
Dans un mode de réalisation avantageux, le moteur hydraulique à balancier comprend plusieurs mécanismes à balancier montés pivotant sur l'axe fixe, où l'arbre moteur est accouplé aux roues des mécanismes à balancier au moyen de systèmes mécaniques de conversion qui convertissent des oscillations des balanciers des mécanismes à balancier en des rotations successives de l'arbre moteur selon le sens moteur.
L'emploi de plusieurs mécanismes à balancier permet de démultiplier la conversion énergétique, et donc d'augmenter le rendement et/ou le couple moteur.
De manière avantageuse, chacun des plusieurs mécanismes à balancier est associé à une installation de surveillance dédiée (comme décrit ci-dessus), et une unité de contrôle/commande est reliée au système de détection et au système de verrouillage de l'installation de surveillance de chacun des plusieurs mécanismes à balancier, cette unité de contrôle/commande étant conformée pour commander de manière alternée les systèmes de verrouillage des plusieurs mécanismes à balancier en fonction de leurs configurations détectées par les systèmes de détection.
Ainsi, l'unité de contrôle/commande permet de décaler temporellement les oscillations des balanciers des différents mécanismes à balancier, en retenant les fûts en position haute (grâce aux systèmes de verrouillage) et en les libérant en fonction des configurations des autres mécanismes à balancier, pour obtenir une sorte de mouvement continu de rotation qui permet de travailler avec un régime quasi constant de travail.
Il est en particulier avantageux d'avoir un premier balancier qui est train de basculer de sa première configuration vers sa seconde configuration, et pendant ce temps un second balancier (par exemple voisin du premier balancier) est verrouillé dans sa première configuration alors que son premier fût se remplit en eau, puis ce second balancier est automatiquement déverrouillé lorsque le premier balancier est détecté dans sa seconde configuration, et ainsi de suite avec un troisième balancier, etc.
Cette unité de contrôle/commande va aussi permettre de gérer le démarrage du moteur avec une phase d'accélération maîtrisée, et l'arrêt du moteur avec une phase de décélération maîtrisée. La programmation de l'unité de contrôle/commande assure ainsi un pilotage optimisé de l'ensemble des balanciers.
L'invention concerne également un ensemble motorisé comprenant au moins deux moteurs hydrauliques à balancier conformes à l'invention, dans lequel les au moins deux moteurs hydrauliques à balancier sont disposés l'un au-dessus de l'autre, et le réservoir inférieur du moteur hydraulique à balancier du dessus est en communication ou est confondu avec le réservoir supérieur du moteur hydraulique à balancier du dessous.
De cette manière, cet ensemble comprend deux ou plus moteurs hydrauliques à balancier superposés, de sorte que l'eau déversé dans un réservoir inférieur d'un moteur va pouvoir servir pour alimenter le réservoir supérieur d'un autre moteur.
Dans un tel ensemble motorisé, il est optionnellement envisageable d'avoir un système de remontée d'eau (comme décrit précédemment) qui relie le réservoir inférieur du moteur le plus bas au réservoir supérieur du moteur le plus haut.
L'invention se rapporte également à un procédé de fonctionnement d'un moteur hydraulique à balancier conforme à l'invention, comprenant les étapes suivantes :
- alimenter en eau le réservoir supérieur via l'arrivée d'eau ;
- faire osciller le balancier du mécanisme à balancier, en remplissant en eau du réservoir supérieur alternativement le premier fût en position haute via la première évacuation à clapet tout en déversant concomitamment l'eau du second fût en position basse dans le réservoir inférieur, puis le second fût en position haute via la seconde évacuation à clapet tout en déversant concomitamment l'eau du premier fût en position basse dans le réservoir inférieur ;
- convertir, au moyen du système mécanique de conversion, les oscillations du balancier en des rotations successives de l'arbre moteur selon le sens moteur.
Selon une possibilité, ce procédé de fonctionnement met en œuvre une étape de remontée d'eau dans laquelle pour faire remonter dans une conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'au réservoir supérieur.
Cette étape de remontée peut être mise en œuvre de manière intermittente, par exemple durant des périodes de creux de consommation énergétique.
Selon une caractéristique, cette étape de remontée d'eau met en œuvre une conversion, au moyen du mécanisme de transmission décrit ci-dessus, des oscillations du balancier en des mouvements de va-et-vient du piston du vérin hydraulique de refoulement pour successivement aspirer de l'eau dans la seconde chambre via la seconde entrée à clapet et concomitamment refouler de l'eau hors de la première chambre via la première sortie à clapet pour faire remonter dans la conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'au réservoir supérieur, puis aspirer de l'eau dans la première chambre via la première entrée à clapet et concomitamment refouler de l'eau hors de la seconde chambre via la seconde sortie à clapet pour faire remonter dans la conduite de remontée de l'eau depuis le réservoir inférieur jusqu'au réservoir supérieur.
En alternative ou en complément, cette étape de remontée d'eau met en œuvre une activation de la pompe hydraulique décrite ci-dessus.
[Brève description des figures]
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, d'un exemple de mise en œuvre non limitatif, faite en référence aux figures annexées suivantes :
La Figure 1 est une vue schématique d'un exemple de moteur hydraulique à balancier conforme à l'invention, dans une première configuration ;
La Figure 2 est une vue schématique du moteur hydraulique à balancier de la Figure 1, dans une seconde configuration ;
La Figure 3 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'un mécanisme à balancier pour un moteur hydraulique à balancier conforme à l'invention, dans une première configuration (à gauche) et dans une seconde configuration (à droite) ;
La Figure 4 est une vue schématique d'une variante de réalisation d'un système de remontée d'eau pour un moteur hydraulique à balancier conforme à l'invention ;
La Figure 5 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation d'un mécanisme à balancier pour un moteur hydraulique à balancier conforme à l'invention, dans une première configuration (à gauche) et dans une seconde configuration (à droite) ; et
La Figure 6 comprend une vue schématique de côté du système mécanique de conversion et des vues schématiques de face de trois variantes de réalisation pour le système mécanique de conversion.
[Description détaillée de plusieurs modes de réalisation de l'invention]
En référence aux Figures 1 et 2, un moteur hydraulique à balancier 1 selon l'invention comprend un réservoir supérieur 2 alimenté en eau par une arrivée d'eau 20. Ce réservoir supérieur 2 est équipé sur deux côtés opposés d'une première évacuation à clapet 21 et d'une seconde évacuation à clapet 22.
La première évacuation à clapet 21 comprend une première chambre intermédiaire 210 munie de : - une entrée en communication avec le réservoir supérieur 2 pour un remplissage de la première chambre intermédiaire 210 en eau, où cette entrée est munie d'un clapet d'entrée 211 permettant une ouverture/fermeture, et
- une sortie par laquelle se vide la première chambre intermédiaire 210 dans un premier fût 410 décrit ci-après, où cette sortie est munie d'un clapet de sortie 212 permettant une ouverture/fermeture.
La seconde évacuation à clapet 22 comprend une seconde chambre intermédiaire 220 munie de :
- une entrée en communication avec le réservoir supérieur 2 pour un remplissage de la seconde chambre intermédiaire 220 en eau, où cette entrée est munie d'un clapet d'entrée 221 permettant une ouverture/fermeture, et
- une sortie par laquelle se vide la seconde chambre intermédiaire 220 dans un second fût 420 décrit ci-après, où cette sortie est munie d'un clapet de sortie 222 permettant une ouverture/fermeture.
Les clapets 211, 212, 221, 222 sont par exemple être du type système à clapet, vanne ou électrovanne.
Le moteur hydraulique à balancier 1 comprend un réservoir inférieur 3 localisé en-dessous du réservoir supérieur 2, par exemple au niveau d'un sol ou d'un support. Une conduite de trop-plein 63 est raccordée entre le réservoir supérieur 2 et le réservoir inférieur 3 afin de permettre un vidage du trop-plein du réservoir supérieur 2 vers le réservoir inférieur 3, autrement dit un vidage d'un excédent d'eau (au-dessus d'une certaine limite). Le réservoir inférieur 3 peut également être équipé d'un trop plein, et d'une vidange 58 (comme illustré sur la Figure 4) munie d'une vanne de vidange pour le vidanger lorsque nécessaire ; une telle vidange 58 pouvant optionnellement être associée à un compartiment dessableur.
Le moteur hydraulique à balancier 1 comprend au moins un mécanisme à balancier 4 comprenant :
- un balancier 40 monté pivotant sur un axe fixe 49 et muni de deux bras 41, 42 diamétralement opposés, à savoir un premier bras 41 muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un premier fût 410 et un second bras 42 muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un second fût 420 ; et
- une roue 43 montée pivotante sur l'axe fixe 49 et solidarisable en rotation avec le balancier 40.
Les deux bras 41, 42 forment ici un angle de 180 degrés, mais il est envisageable que cet angle entre les deux bras 41, 42 soit moindre, et par exemple compris entre 120 et 180 degrés. Dans l'exemple illustré sur les Figures 1 et 2, le balancier 40 intersecte l'axe fixe 49 en son centre, et ainsi le balancier 40 passe par son axe de rotation.
Dans la variante illustrée sur la Figure 3, le balancier 40 est décalé par rapport au centre de l'axe fixe 49, de sorte que le balancier 40 ne passe par son axe de rotation. Cette variante offre notamment un plus grand débattement angulaire pour le balancier 40.
Il est par ailleurs avantageux que la roue 43 puisse être désolidarisée en rotation du balancier 40. Autrement dit, la roue 43 peut être indépendante et débrayable du balancier 40, de sorte que dans une position embrayée la roue 43 est solidaire en rotation du balancier 40, et dans une position débrayée la roue 43 est libérée du balancier 40.
Ce mécanisme à balancier 4 est oscillant entre :
- une première configuration (illustrée sur la Figure 1) dans laquelle le premier fût 410 est en position haute en-dessous de la première évacuation à clapet 21 pour être rempli en eau du réservoir supérieur 2 et le second fût 420 est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur 3 ; et
- une seconde configuration (illustrée sur la Figure 2) dans laquelle le second fût 420 est en position haute en-dessous de la seconde évacuation à clapet 22 pour être rempli en eau du réservoir supérieur 2 et le premier fût 410 est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur 3.
Ainsi, le balancier 40 pivote alternativement :
- selon un premier sens de balancier SI (schématisé par une flèche SI sur la Figure 1) lorsqu'il passe de la seconde configuration vers la première configuration ; et
- selon un second sens de balancier S2 (schématisé par une flèche S2 sur la Figure 2) lorsqu'il passe de la première configuration vers la seconde configuration.
Dans la première configuration :
- le premier fût 410 est en-dessous de la sortie de la première évacuation à clapet 21, et le clapet de sortie 212 est ouvert, tandis que le clapet d'entrée 211 est fermé ; et
- le clapet de sortie 222 de la seconde évacuation à clapet 22 est quant à lui fermé, et le clapet d'entrée 221 est ouvert pour que la seconde chambre intermédiaire 220 se remplisse en eau.
Dans la seconde configuration :
- le second fût 420 est en-dessous de la sortie de la seconde évacuation à clapet 22, et le clapet de sortie 222 est ouvert, tandis que le clapet d'entrée 221 est fermé ; et
- le clapet de sortie 212 de la première évacuation à clapet 21 est quant à lui fermé, et le clapet d'entrée 211 est ouvert pour que la première chambre intermédiaire 210 se remplisse en eau.
Le clapet d'entrée 211 de la première évacuation à clapet 21 est par exemple commandé en ouverture/fermeture par un flotteur disposé dans la première chambre intermédiaire 210. De même, le clapet d'entrée 221 de la seconde évacuation à clapet 22 est par exemple commandé en ouverture/fermeture par un flotteur disposé dans la seconde chambre intermédiaire 220.
Le clapet de sortie 212 de la première évacuation à clapet 21 est commandé en ouverture seulement lorsque le premier fût 410 est en position haute en-dessous de la sortie. De même, le clapet de sortie 222 de la seconde évacuation à clapet 22 est commandé en ouverture seulement lorsque le second fût 420 est en position haute en-dessous de la sortie.
Le premier fût 410 peut être articulé sur l'extrémité libre du premier bras 41 pour pouvoir être redressé dans la première configuration (en position haute) et ainsi se remplir via la première évacuation à clapet 21, et aussi pour pouvoir basculer dans la seconde configuration (en position basse) et ainsi se vider dans le réservoir inférieur 3. De même, le second fût 420 peut être articulé sur l'extrémité libre du second bras 42 pour pouvoir être redressé dans la seconde configuration (en position haute) et ainsi se remplir via la seconde évacuation à clapet 22, et aussi pour pouvoir basculer dans la première configuration (en position basse) et ainsi se vider dans le réservoir inférieur 3.
En variante, le premier fût 410 et le second fût 420 sont équipés d'ouvertures à clapet dans leurs fonds respectifs, ces ouvertures à clapet s'ouvrant seulement en position basse pour un déversement dans le réservoir inférieur 3.
Dans la variante de réalisation de la Figure 5, le balancier est accouplé à un système de lestage variable comprenant un lest 55 déplaçable entre :
- une première position (à gauche) sur le premier bras 41 et proche du premier fût 410 lorsque le balancier 40 est dans la première configuration ; et
- une seconde position (à droite) sur le second bras 42 et proche du second fût 420 lorsque le balancier 40 est dans la seconde configuration.
Ce système de lestage variable comprend un actionneur (non illustré) qui peut être alimenté par une source électrique, et un mécanisme (par exemple à pivotement, à crémaillère, à traction, etc.) qui coopère avec l'actionneur pour déplacer réversiblement le lest 55 dans l'une ou l'autre des deux positions.
Dans le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 et 2, le moteur hydraulique à balancier 1 comprend en outre un système de remontée d'eau qui intègre une conduite de remontée 6 reliant le réservoir inférieur 3 au réservoir supérieur 2, et un dispositif d'actionnement accouplé à la conduite de remontée 6 et configuré pour faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'au réservoir supérieur 2 ; un tel système de remontée d'eau étant optionnel.
Dans l'exemple illustré sur les Figures 1 et 2, le dispositif d'actionnement comprend un vérin hydraulique de refoulement 5 disposé dans le réservoir inférieur 3 et muni d'un cylindre 59 dans lequel coulisse un piston 50 séparant une première chambre 51 et une seconde chambre 52.
La première chambre 51 est munie d'une première entrée à clapet 511 en communication fluidique avec le réservoir inférieur 511 et d'une première sortie à clapet 512 en communication fluidique avec une conduite de remontée 6 qui remonte jusqu'au réservoir supérieur 2. La seconde chambre 52 est munie d'une seconde entrée à clapet 521 en communication fluidique avec le réservoir inférieur 3 et d'une seconde sortie à clapet 522 en communication fluidique avec la conduite de remontée 6.
La conduite de remontée 6 présente ainsi une embouchure inférieure 61 en communication fluidique à la fois avec la première sortie à clapet 512 et la seconde sortie à clapet 522, et remonte depuis cette embouchure inférieure 61 jusqu'à une embouchure supérieure 60 située sur ou au-dessus du réservoir supérieur 2 de manière à ce que l'eau refoulé par le vérin hydraulique de refoulement 5 soit introduite dans le réservoir supérieur 2.
Une électrovanne peut être envisagée dans la conduite de remontée 6, et en particulier au niveau de l'embouchure supérieure 60, afin de pouvoir piloter la remontée d'eau dans le réservoir supérieur 2.
Le vérin hydraulique de refoulement 5 est immergé dans le réservoir inférieur 3, de sorte que :
- la première chambre 51 se remplit en eau lorsque la première entrée à clapet 511 est ouverte et qu'en même temps la première sortie à clapet 512 est fermée,
- la seconde chambre 52 se remplit en eau lorsque la seconde entrée à clapet 521 est ouverte et qu'en même temps la seconde sortie à clapet 522 est fermée.
Par ailleurs :
- lorsque la première entrée à clapet 511 est fermée, la première sortie à clapet 512 est ouverte pour pouvoir refouler l'eau de la première chambre 51 vers la conduite de remontée 6, sous l'effet d'un déplacement du piston 50 selon la flèche DI illustrée en Figure 1 ; et - lorsque la seconde entrée à clapet 521 est fermée, la seconde sortie à clapet 522 est ouverte pour pouvoir refouler l'eau de la seconde chambre 52 vers la conduite de remontée 6, sous l'effet d'un déplacement du piston 50 selon la flèche D2 illustrée en Figure 2.
Dans l'exemple illustré sur la Figure 4, le dispositif d'actionnement comprend une pompe hydraulique 56 en communication avec le réservoir inférieur 3 et avec la conduite de remontée 6, où cette pompe hydraulique 56 est une pompe électrique alimentée électriquement par au moins une source électrique. Il est également avantageux de prévoir un ballon surpresseur 57, par exemple de type ballon surpresseur à vessie, en aval de la pompe hydraulique 56, entre la pompe hydraulique et le réservoir supérieur situé au bout de la conduite de remontée 6. Un clapet anti-retour peut également être prévu en amont de la pompe hydraulique 56, entre celle-ci et le réservoir inférieur 3. Il est à noter que ce ballon surpresseur 57 peut également être envisagé en association avec le vérin hydraulique de refoulement 5 décrit précédemment, ce ballon surpresseur 57 étant alors placé en aval du vérin hydraulique de refoulement 5.
Le moteur hydraulique à balancier 1 comprend un mécanisme de transmission 7 qui relie cinématiquement la roue 43 du mécanisme à balancier 4 au piston 50 du vérin hydraulique de refoulement 5, pour convertir des oscillations du balancier 40 (schématisés par les flèches SI et S2) en des mouvements de va-et-vient du piston 50 pour successivement :
- en référence à la Figure 1, aspirer de l'eau dans la seconde chambre 52 via la seconde entrée à clapet 521 qui est ouverte (tandis que la seconde sortie à clapet 522 est fermée) et concomitamment refouler de l'eau hors de la première chambre 51 via la première sortie à clapet 512 qui est ouverte (tandis que la première entrée à clapet
511 est fermée) pour faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'au réservoir supérieur 2 (comme schématisé par les flèches RE), puis
- en référence à la Figure 2, aspirer de l'eau dans la première chambre 51 via la première entrée à clapet 511 qui est ouverte (tandis que la première sortie à clapet
512 est fermée) et concomitamment refouler de l'eau hors de la seconde chambre 52 via la seconde sortie à clapet 522 qui est ouverte (tandis que la seconde entrée à clapet 521 est fermée) pour faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'au réservoir supérieur 2 (comme schématisé par les flèches RE). En référence à la Figure 6, Le mécanisme de transmission 7 comprend une roue de transmission 79 montée pivotante sur l'axe fixe 49 et solidarisable en rotation avec le balancier 40, et comprend un organe de liaison cinématique 70 couplé en rotation à la roue de transmission 79 et présentant deux extrémités 71, 72 opposées raccordées sur deux côtés opposés respectifs du piston 50 pour le déplacer de manière antagoniste. Dans un mode de réalisation, l'organe de liaison cinématique 70 est un lien souple (comme par exemple du type courroie, câble, sangle ou chaîne) présentant deux brins 73, 74 opposés se terminant par les deux extrémités 71, 72 opposées respectives raccordées sur les deux côtés opposés respectifs du piston 50, où ces deux brins 73, 74 opposés du lien souple sont raccordés au piston 50 en passant par des dispositifs de renvoi 75, 76 respectifs, comme par exemple des poulies. Il est envisageable de prévoir un système de moufle pour les dispositifs de renvoi.
Il est à noter que le lien souple 70 peut être plus ou moins élastique, pour laisser le temps au bras 41, 42 descendant d'atteindre une puissance ou vitesse suffisante. De cette manière, le lien souple 70 peut emmagasiner, par son élasticité, une partie de l'énergie transmise par le balancier 40, pour permettre à celui-ci d'atteindre sa vitesse et son couple maximum, et la restituer au vérin hydraulique de refoulement 5. Pour exploiter un phénomène équivalent, il est envisageable de donner une forme ovale à la roue 43.
Il est également à noter que le mécanisme de transmission 7 peut être embrayée/débrayée vis-à-vis du balancier 40, afin d'être accouplée (position embrayée) ou libérée (position débrayée) du balancier 40. Autrement dit, la roue de transmission 79 est :
- soit accouplée au balancier 40 dans la position embrayée, procurant ainsi des mouvements de va-et-vient au piston 50, autrement dit la roue de transmission 79 est solidaire en rotation du balancier 40 ;
- soit désaccouplée du balancier 40 dans la position débrayée, laissant ainsi le piston 50 au repos ou statique, autrement dit la roue de transmission 79 est libre.
Le moteur hydraulique à balancier 1 comprend en outre un arbre moteur 8 accouplé à la roue 43 du mécanisme à balancier 4 au moyen d'un système mécanique de conversion 9 qui convertit des oscillations du balancier 40 en des rotations successives de l'arbre moteur 8 selon un sens unique de rotation, appelé sens moteur SM. Cet arbre moteur 8 peut par exemple être localisé au-dessus ou en- dessous de la roue 43, afin de ne pas gêner les mouvements du balancier 40. Ainsi, ce système mécanique de conversion 9 relie cinématiquement la roue 43 et l'arbre moteur 8 pour convertir une rotation du balancier 40 selon un premier sens de rotation SI (illustré en Figure 1) en une rotation de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM, et pour convertir une rotation du balancier 40 selon un second sens de rotation S2 (illustré en Figure 2), opposé au premier sens de rotation SI, en une rotation de l'arbre moteur 8 selon le même sens moteur SM, et où ce système mécanique de conversion 9 interdit une rotation de l'arbre moteur 8 selon un sens de rotation opposé au sens moteur SM.
L'arbre moteur 8 peut être couplé à un alternateur directement à l'une de ses extrémités, ou via un mécanisme de renvoi (comme par exemple un pignon, un système à chaîne ou à courroie, etc.) selon la vitesse et la puissance recherchée. L'arbre moteur 8 est maintenu par au moins deux paliers à roulement, et il peut être associé à ou comprendre un volant moteur pour conserver son inertie.
Dans l'exemple illustré sur les Figures 1, 2 et 6, le système mécanique de conversion 9 comprend au moins un élément de liaison 90, 91 reliant la roue 43 à une boîte de transmission 99, une telle boîte de transmission 99 étant accouplée à l'arbre moteur 8 pour convertir les déplacements du ou des éléments de liaison 90, 91, induits par l'oscillation du balancier 40, en une rotation de l'arbre moteur 8 selon le seul sens moteur SM.
Le système mécanique de conversion 9, ou la boîte de transmission 99, peut être de différents types de mécanisme selon le couple moteur recherché ou selon la configuration du moteur hydraulique à balancier 1, et il est avantageux qu'un tel système mécanique de conversion 9 comprenne au moins deux pignons à cliquet 95, 93 selon le sens moteur SM qui procurent des rotations unidirectionnelles de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM, et cet arbre moteur 8 peut librement tourner dans les pignons à cliquet 95, 93 selon le sens moteur SM.
Dans l'exemple des Figures 1, 2 et 6, le système mécanique de conversion 9 (ou la boîte de transmission 99) comprend :
- un premier pignon à cliquet 95 unidirectionnel selon le sens moteur SM et qui est monté sur l'arbre moteur 8, ce premier pignon à cliquet 95 étant relié à la roue 43 pour convertir une rotation du balancier 40 selon le premier sens de balancier SI en une rotation de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM, sans entraîner l'arbre moteur 8 lors d'une rotation du balancier 40 selon le second sens de balancier S2 (opposé au premier sens de balancier SI) ;
- un second pignon à cliquet 93 unidirectionnel selon le sens moteur SM et qui est monté sur l'arbre moteur 8, ce second pignon à cliquet 93 étant relié à la roue 43 via un mécanisme inverseur 97 pour convertir une rotation du balancier 40 selon le second sens de balancier S2 en une rotation de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM, sans entraîner l'arbre moteur 8 lors d'une rotation du balancier 40 selon le premier sens de balancier SI.
Ainsi, quand le balancier 40 pivote dans le premier sens de balancier SI, alors c'est le premier pignon à cliquet 95 qui tourne selon le sens moteur SM et qui entraîne l'arbre moteur 8 en rotation selon le sens moteur SM, et cet arbre moteur 8 tourne librement dans le second pignon à cliquet 93, et par ailleurs ce second pignon à cliquet 93 tourne selon le sens inverse du sens moteur SM (du fait du mécanisme inverseur 97) sans gêner la rotation de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM.
De même, quand le balancier 40 pivote dans le second sens de balancier S2, alors c'est le second pignon à cliquet 93 qui tourne selon le sens moteur SM et qui entraîne l'arbre moteur 8 en rotation selon le sens moteur SM, et cet arbre moteur 8 tourne librement dans le premier pignon à cliquet 95, et par ailleurs ce premier pignon à cliquet 95 tourne selon le sens inverse du sens moteur SM sans gêner la rotation de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM.
Dans l'exemple des Figures 1, 2 et 6, le premier pignon à cliquet 95 est relié directement à la roue 43 par un premier lien 91, comme par exemple du type courroie, câble, sangle ou chaîne ; ce premier lien 91 étant engagé dans une première gorge 431 de la roue 43. En variante, le premier pignon à cliquet 95 est en engrènement avec la roue 43, qui est alors une roue dentée.
Le second pignon à cliquet 94 est relié à la roue 43 par un second lien 90, comme par exemple du type courroie, câble, sangle ou chaîne, via le mécanisme inverseur 97 qui inverse le sens de rotation ; ce second lien 90 étant engagé dans une seconde gorge 430 de la roue 43. En variante, le mécanisme inverseur 97 est en engrènement directement avec la roue 43 et avec le second pignon à cliquet 94.
Dans l'exemple des Figures 1, 2 et 6(b), le mécanisme inverseur comprend deux poulies d'inversion 92, 94 sur lesquelles passe le second élément de liaison 90 pour inverser le sens de rotation.
Dans l'exemple de la Figure 6(a), le mécanisme inverseur comprend un montage croisé du second élément de liaison 90, entre la roue 43 et le second pignon à cliquet 93, pour inverser le sens de rotation.
Dans l'exemple de la Figure 6(c), le mécanisme inverseur comprend un pignon intermédiaire 96 sur lequel passe le second élément de liaison 90 et qui est en engrènement avec le second pignon à cliquet 93, pour inverser le sens de rotation. D'autres montages du mécanisme inverseur 97 sont tout à fait envisageables, sans sortir du cadre de l'invention.
Dans une variante non illustrée, le moteur comprend deux arbres moteur à sens inversé et qui peuvent être couplés par un pignon.
Il est envisageable que le moteur hydraulique à balancier 1 comprenne plusieurs mécanismes à balancier 4 montés pivotant sur l'axe fixe 49, où l'arbre moteur 8 est accouplé aux roues 43 des mécanismes à balancier 4 au moyen de systèmes mécaniques de conversion qui convertissent des oscillations des balanciers 40 des différents mécanismes à balancier 4 en des rotations successives de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM, permettant ainsi de lisser la rotation de l'arbre moteur 8.
Le nombre de mécanismes à balancier 4, la longueur de leurs bras 41, 42 et le volume de leurs fûts 410, 420 ne sont pas limités, autorisant ainsi l'obtention de puissances industrielles.
Le procédé de fonctionnement d'un tel moteur hydraulique à balancier 1 s'effectue selon les étapes suivantes :
- alimenter en eau le réservoir supérieur 2 via l'arrivée d'eau 20 ;
- faire osciller le balancier 40 du mécanisme à balancier 4 (comme schématisé par les flèches SI et S2 sur les Figures 1 et 2), en remplissant en eau du réservoir supérieur 2 alternativement le premier fût 410 en position haute via la première évacuation à clapet 21 tout en déversant concomitamment l'eau du second fût 420 en position basse dans le réservoir inférieur 3 (comme illustré en Figure 1), puis le second fût 420 en position haute via la seconde évacuation à clapet 22 tout en déversant concomitamment l'eau du premier fût 410 en position basse dans le réservoir inférieur 3 (comme illustré en Figure 2), le poids de l'eau alternativement dans le premier fût 410 et dans le second fût 420 provoquant cette oscillation du balancier 40 ;
- convertir, au moyen du système mécanique de conversion 9, les oscillations du balancier 40 en des rotations successives de l'arbre moteur 8 selon le sens moteur SM.
De manière optionnelle, le procédé de fonctionnement met également en œuvre une étape de remontée d'eau qui consiste à faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'audit réservoir supérieur 2 ou jusqu'au réservoir supérieur 2 d'un autre moteur hydraulique à balancier 1.
Dans l'exemple des Figures 1 et 2, cette étape de remontée d'eau met en œuvre une étape qui consiste à convertir, au moyen du mécanisme de transmission 7, les oscillations du balancier 40 (comme schématisé par les flèches SI et S2 sur les Figures 1 et 2) en des mouvements de va-et-vient du piston 50 du vérin hydraulique de refoulement 5 (comme schématisé par les flèches DI et D2 sur les Figures 1 et 2) pour successivement aspirer de l'eau dans la seconde chambre 52 via la seconde entrée à clapet 521 et concomitamment refouler de l'eau hors de la première chambre 51 via la première sortie à clapet 512 pour faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'au réservoir supérieur 2, puis aspirer de l'eau dans la première chambre 51 via la première entrée à clapet 511 et concomitamment refouler de l'eau hors de la seconde chambre 52 via la seconde sortie à clapet 522 pour faire remonter dans la conduite de remontée 6 de l'eau depuis le réservoir inférieur 3 jusqu'au réservoir supérieur 2.

Claims

REVENDICATIONS
1. Moteur hydraulique à balancier (1) comprenant :
- un réservoir supérieur (2) alimenté en eau par une arrivée d'eau (20), ledit réservoir supérieur (2) étant équipé d'une première évacuation à clapet (21) et d'une seconde évacuation à clapet (22) ;
- un réservoir inférieur (3) localisé en-dessous du réservoir supérieur (2) ;
- au moins un mécanisme à balancier (4) comprenant un balancier (40) monté pivotant sur un axe fixe (49) et muni de deux bras (41, 42) diamétralement opposés, à savoir un premier bras (41) muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un premier fût (410) et un second bras (42) muni d'une extrémité libre sur laquelle est monté un second fût (420), ledit mécanisme à balancier (4) comprenant en outre une roue (43) montée pivotante sur ledit axe fixe (49) et solidarisable en rotation avec le balancier (40), dans lequel le balancier (40) est oscillant entre :
- une première configuration dans laquelle le premier fût (410) est en position haute en-dessous de la première évacuation à clapet (21) pour être rempli en eau du réservoir supérieur (2) et le second fût (420) est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur (3) ; et
- une seconde configuration dans laquelle le second fût (420) est en position haute en- dessous de la seconde évacuation à clapet (22) pour être rempli en eau du réservoir supérieur (2) et le premier fût (410) est en position basse pour déverser son eau dans le réservoir inférieur (3) ;
- un arbre moteur (8) accouplé à la roue (43) du mécanisme à balancier (4) au moyen d'un système mécanique de conversion (9) qui convertit des oscillations (SI, S2) du balancier (40) en des rotations successives de l'arbre moteur (8) selon un sens unique de rotation, appelé sens moteur (SM).
2. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 1, comprenant un système de remontée d'eau qui intègre une conduite de remontée (6) reliant le réservoir inférieur (3) au réservoir supérieur (2), ou au réservoir supérieur (2) d'un autre moteur hydraulique à balancier (1), et au moins un dispositif d'actionnement accouplé à la conduite de remontée (6) et configuré pour faire remonter dans la conduite de remontée (6) de l'eau depuis le réservoir inférieur (3) jusqu'audit réservoir supérieur (2).
3. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 2, dans lequel l'au moins un dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau comprend :
- un vérin hydraulique de refoulement (5) disposé dans le réservoir inférieur (3) et muni d'un cylindre (59) dans lequel coulisse un piston (50) séparant une première chambre (51) et une seconde chambre (52), ladite première chambre (51) étant munie d'une première entrée à clapet (511) en communication fluidique avec le réservoir inférieur (3) et d'une première sortie à clapet (512) en communication fluidique avec la conduite de remontée (6), et ladite seconde chambre (52) étant munie d'une seconde entrée à clapet (521) en communication fluidique avec le réservoir inférieur (3) et d'une seconde sortie à clapet (522) en communication fluidique avec ladite conduite de remontée (6) ;
- un mécanisme de transmission (7) qui comprend une roue de transmission (79) montée pivotante sur l'axe fixe (49) et solidarisable en rotation avec le balancier (40), ladite roue de transmission (79) étant reliée cinématiquement au piston (50) du vérin hydraulique de refoulement (5), pour convertir des oscillations (SI, S2) du balancier (40) en des mouvements de va-et-vient (DI, D2) du piston (50) pour successivement aspirer de l'eau dans la seconde chambre (52) via la seconde entrée à clapet (521) et concomitamment refouler de l'eau hors de la première chambre (51) via la première sortie à clapet (512) pour faire remonter dans la conduite de remontée (6) de l'eau depuis le réservoir inférieur (3) jusqu'au réservoir supérieur (2), puis aspirer de l'eau dans la première chambre (51) via la première entrée à clapet (511) et concomitamment refouler de l'eau hors de la seconde chambre (52) via la seconde sortie à clapet (522) pour faire remonter dans la conduite de remontée (6) de l'eau depuis le réservoir inférieur (3) jusqu'au réservoir supérieur (2).
4. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 3, dans lequel le mécanisme de transmission (7) comprend un organe de liaison cinématique (70) couplé en rotation à la roue de transmission (79) et présentant deux extrémités (71, 72) opposées raccordées sur deux côtés opposés respectifs du piston (50) pour le déplacer de manière antagoniste.
5. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 4, dans lequel l'organe de liaison cinématique (70) est un lien souple présentant deux brins (73, 74) opposés se terminant par les deux extrémités (71, 72) opposées respectives raccordées sur les deux côtés opposés respectifs du piston (50).
6. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 5, dans lequel le lien souple est du type courroie, câble, sangle ou chaîne.
7. Moteur hydraulique à balancier (1) selon les revendications 5 ou 6, dans lequel les deux brins opposés du lien souple sont raccordés au piston (50) en passant par des dispositifs de renvoi respectifs, comme par exemple des poulies.
8. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 7, dans lequel les dispositifs de renvoi comprennent un système de moufle.
9. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel l'au moins un dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau comprend une pompe hydraulique (56) alimentée électriquement par au moins une source électrique.
10. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 9, dans lequel l'au moins une source électrique comprend une source renouvelable, comme par exemple une source éolienne ou solaire.
11. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel l'au moins une source électrique comprend un alternateur ou une génératrice électrique qui est couplé à l'arbre moteur (8).
12. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 11, dans lequel est prévu un ballon surpresseur (57), par exemple de type ballon surpresseur à vessie, en aval du dispositif d'actionnement du système de remontée d'eau, entre ledit dispositif d'actionnement et le réservoir supérieur (2).
13. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système mécanique de conversion (9) relie cinématiquement la roue (43) et l'arbre moteur (8) pour convertir une rotation du balancier (40) selon un premier sens de rotation en une rotation de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM), et pour convertir une rotation du balancier (40) selon un second sens de rotation, opposé au premier sens de rotation, en une rotation de l'arbre moteur (8) selon le même sens moteur (SM), ledit système mécanique de conversion (9) interdisant une rotation de l'arbre moteur (8) selon un sens de rotation opposé au sens moteur (SM).
14. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 13, dans lequel le système mécanique de conversion (9) comprend au moins un élément de liaison (90, 91) reliant la roue (43) à une boîte de transmission (99), ladite boîte de transmission (99) étant accouplée à l'arbre moteur (8) pour convertir les déplacements du ou des éléments de liaison, induits par l'oscillation du balancier (40), en une rotation de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM).
15. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le système mécanique de conversion (9) comprend au moins :
- un premier pignon à cliquet (95) unidirectionnel selon le sens moteur (SM) et qui est monté sur l'arbre moteur (8), ce premier pignon à cliquet (95) étant relié à la roue (43) pour convertir une rotation du balancier (40) selon un premier sens de balancier (SI) en une rotation de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM) ;
- un second pignon à cliquet (93) unidirectionnel selon le sens moteur (SM) et qui est monté sur l'arbre moteur (8), ce second pignon à cliquet (93) étant relié à la roue (43) via un mécanisme inverseur (97) pour convertir une rotation du balancier (40) selon un second sens de balancier (S2), opposé au premier sens de balancier (SI), en une rotation de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM) ; ledit arbre moteur (8) pouvant librement tourner dans le premier pignon à cliquet (95) et dans le second pignon à cliquet (93) selon le sens moteur (SM).
16. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première évacuation à clapet (21) et la seconde évacuation à clapet (22) comprennent chacune une chambre intermédiaire (210 ; 220) munie d'une entrée en communication avec le réservoir supérieur (2) pour un remplissage de la chambre intermédiaire (210 ; 220) en eau, et d'une sortie par laquelle se vide la chambre intermédiaire (210 ; 220) dans le fût (410 ; 420) correspondant, où l'entrée et la sortie sont munie respectivement d'un clapet d'entrée (211 ; 221) et d'un clapet de sortie (212 ; 222) permettant une ouverture/fermeture.
17. Moteur hydraulique à balancier (1) selon la revendication 16, dans lequel le clapet d'entrée (211 ; 221) de la première évacuation à clapet (21) et/ou de la seconde évacuation à clapet (22) est commandé par un flotteur disposé dans la chambre intermédiaire (210 ; 220) correspondante.
18. Moteur hydraulique à balancier (1) selon les revendications 16 ou 17, dans lequel le clapet de sortie (212 ; 222) de la première évacuation à clapet (21) et/ou de la seconde évacuation à clapet (22) est commandé en ouverture seulement lorsque le fût (410 ; 420) correspondant est en position haute en-dessous de la sortie concernée.
19. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le balancier (40) est accouplé à un système de lestage variable comprenant un lest (55) déplaçable entre :
- une première position sur le premier bras (41) et proche du premier fût (410) lorsque le balancier (40) est dans la première configuration ; et
- une seconde position sur le second bras (42) et proche du second fût (420) lorsque le balancier (40) est dans la seconde configuration.
20. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'au moins un mécanisme à balancier (4) est associé à une installation de surveillance comprenant un système de détection configuré pour détecter si le balancier (40) est dans la première configuration ou dans la seconde configuration, et comprenant un système de verrouillage configuré pour verrouiller/déverrouiller le balancier (40) soit dans la première configuration soit dans la seconde configuration.
21. Moteur hydraulique à balancier (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs mécanismes à balancier (4) montés pivotant sur l'axe fixe (49), où l'arbre moteur (8) est accouplé aux roues (43) des mécanismes à balancier (4) au moyen de systèmes mécaniques de conversion qui convertissent des oscillations (SI, S2) des balanciers (40) des mécanismes à balancier (4) en des rotations successives de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM).
22. Moteur hydraulique à balancier (1) selon les revendications 20 et 21, dans lequel chacun des plusieurs mécanismes à balancier (4) est associé à une installation de surveillance dédiée, et dans lequel une unité de contrôle/commande est reliée au système de détection et au système de verrouillage de l'installation de surveillance de chacun des plusieurs mécanismes à balancier (4), ladite unité de contrôle/commande étant conformée pour commander de manière alternée les systèmes de verrouillage des plusieurs mécanismes à balancier (4) en fonction de leurs configurations détectées par les systèmes de détection.
23. Ensemble motorisé comprenant au moins deux moteurs hydrauliques à balancier (1) conformes à l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les au moins deux moteurs hydrauliques à balancier (1) sont disposés l'un au- dessus de l'autre, et le réservoir inférieur (3) du moteur hydraulique à balancier (1) du dessus est en communication ou est confondu avec le réservoir supérieur (2) du moteur hydraulique à balancier (1) du dessous.
24. Procédé de fonctionnement d'un moteur hydraulique à balancier (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 22, comprenant les étapes suivantes :
- alimenter en eau le réservoir supérieur (2) via l'arrivée d'eau (20) ;
- faire osciller le balancier (40) du mécanisme à balancier (4), en remplissant en eau du réservoir supérieur (2) alternativement le premier fût (410) en position haute via la première évacuation à clapet (21) tout en déversant concomitamment l'eau du second fût (420) en position basse dans le réservoir inférieur (3), puis le second fût (420) en position haute via la seconde évacuation à clapet (22) tout en déversant concomitamment l'eau du premier fût (410) en position basse dans le réservoir inférieur (3) ; - convertir, au moyen du système mécanique de conversion (9), les oscillations (SI, S2) du balancier (40) en des rotations successives de l'arbre moteur (8) selon le sens moteur (SM).
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