FR2833315A1 - Centrale hydraulique de production d'energie utilisant la poussee d'archimede - Google Patents

Abstract

Dispositif de production d'énergie caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité d'organe mobiles (1), identiques et indépendants les uns des autres, lesdits organes étant astreints à suivre une trajectoire fermée par l'entremise d'un organe (2) de guidage disposé dans un plan sensiblement vertical et immergé dans une cuve contenant un liquide, des moyens étant prévus sur chaque organe mobile pour que ceux-ci présentent un volume variable. Chaque organe mobile (1) est constitué par un tube (4), ouvert à une extrémité et obturé à l'autre et dans lequel peut se déplacer un piston pesant, ou masse (5), la chambre formée par l'extrémité obturée du tube et la masse (5) pouvant communiquer avec l'air libre.

Description

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La présente invention est relative à une unité de production d'énergie utilisant la poussée d'Archimède.

Le dispositif de l'invention est remarquable en ce qu'il est constitué par une pluralité d'organes mobiles, identiques et indépendants les uns des autres, lesdits organes étant astreints à suivre une trajectoire fermée, par l'entremise d'un organe de guidage, disposé dans un plan sensiblement vertical et partiellement immergé dans une cuve contenant un liquide tel que de l'eau, des moyens étant prévus sur chaque organe mobile pour que ceux-ci présentent un volume variable.

Chaque organe mobile est constitué par un tube, ouvert à une extrémité et obturé à l'autre et dans lequel peut se déplacer un piston pesant, la chambre formée par le piston et ladite extrémité fermée pouvant communiquer avec l'air libre.

Chaque tube est disposé de façon à ce que son axe soit contenu dans le plan de l'organe de guidage.

De préférence, l'organe de guidage comporte deux parties extrêmes réunies par des parties rectilignes.

Chaque tube est porté par un chariot pourvu de galets de guidage coopérant avec l'organe de guidage et l'ensemble étant dimensionné de façon à ce que les chariots soient disposés au contact les uns des autres, l'un poussant l'autre et inversement.

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Chaque tube comporte des moyens pour maintenir le piston verrouillé à proximité de l'extrémité ouverte dudit tube. Des moyens sont prévus pour permettre le déverrouillage du piston.

Lors du démarrage du dispositif, la cuve est vide et la masse des tubes située d'un côté de l'axe de symétrie vertical de l'organe de guidage est équilibrée par celle des tubes situés de l'autre côté. On règle alors la position des pistons de façon à ce que ceux, appartenant aux tubes situés d'un même côté de l'axe de symétrie, précité, soient situés près de l'extrémité ouverte du tube correspondant et que ceux situés de l'autre côté soient disposés près de l'extrémité fermée. Rien ne se passe toutefois car l'équilibre précédent est conservé.

Il est à noter qu'après ce réglage initial, la moitié des tubes se comporte comme un caisson présentant un volume important alors que l'autre moitié des tubes ne présente qu'un volume égal à la structure des éléments le composant.

Dès lors, si la cuve est partiellement remplie avec de l'eau, les tubes "formant caisson"sont soumis à une force ascensionnelle (mise en oeuvre du principe d'Archimède) qui n'est pas compensée par la masse des autres tubes "non en caisson", et l'ensemble se déplace.

Naturellement, ce déplacement engendre une force qui est récupérée par tous moyens appropriés.

Pour que le dispositif produise un maximum d'efficacité, il importe que les frottements soient réduits. Dans cet esprit, il importe donc que le centre

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de gravité de chaque tube passe, autant que faire se peut, par l'axe de symétrie de l'organe de guidage.

L'invention prévoit donc des moyens pour déplacer chaque tube dans un sens et dans l'autre selon son axe pour parvenir au résultat ci-dessus.

D'autres caractéristiques ressortiront mieux par la description qui va suivre faite en se référant aux dessins annexés à titre d'exemple indicatif, seulement sur lesquels : -la figure 1 est une vue, très schématique, en coupe verticale montrant le dispositif de l'invention ; -la figure 2 est une vue partielle et à plus grande échelle effectuée selon un plan vertical passant par l'organe de guidage ;

-la figure 3 est une vue en coupe effectuée se ! on ia iigne tti-iti de la figure 2 ; -la figure 4 est une vue partielle, analogue à celle 1, illustrant un moyen pour récupérer l'énergie produite par le dispositif de l'invention ; -la figure 5 est une vue analogue à celle 1, montrant une variante plus élaborée ; -la figure 6 est une vue, analogue à celle 2, montrant des moyens adaptés aux modes de réalisation de la figure 5 ; -la figure 7 est une vue en coupe effectuée selon la ligne VII-Vtl de la figure 6 ; -la figure 8 est une vue en coupe verticale illustrant un mode de réalisation d'un tube ; - la figure 9 est une vue en coupe effectuée selon la ligne IX-IX de la figure 8.

-la figure 10 est une vue analogue à celle 1, montrant un autre mode de réalisation ;

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-la figure 11 est, à plus grande échelle, une vue en coupe effectuée selon la ligne XI-XI de la figure 10 ; -la figure 12 est, à plus grande échelle, une vue en coupe effectuée selon la ligne XII-XII de la figure 10.

En se reportant à la figure 1, on voit que l'unité de production d'énergie est constituée, dans sa forme la plus simple, par une pluralité d'organes mobiles 1, identiques, chaque organe étant astreint à suivre une trajectoire fermée matérialisée par un organe de guidage 2, disposé de façon à ce que les axes desdits organes soient situés dans un plan, sensiblement vertical.

L'organe de guidage est plongé dans une cuve 3 partiellement remplie au moyen d'un liquide tel que de l'eau.

Chaque organe mobile est constitué par un tube 4, obturé à une extrémité et dans lequel peut se déplacer un piston pesant, ou masse 5. Comme on le verra plus loin, des moyens peuvent être utilisés pour verrouiller le piston par rapport au tube et empêcher son déplacement. Des moyens sont prévus pour faire communiquer l'extrémité obturée de chaque tube avec l'air libre et, ce, afin de permettre le déplacement de la masse 5.

Selon un mode de réalisation et comme cela ressort des figures 2 et 3, chaque tube est rendu solidaire d'un chariot constitué au moyen de deux platines 6 pourvus de galets 7, guidés dans deux rails 8 à section en forme de U constituant l'organe de guidage 2. Des bras, tels que ceux 9 permettent de maintenir l'organe de guidage en reliant ce dernier aux parois de la cuve 3.

Comme cela ressort de la figure 2, l'ensemble est dimensionné de façon à ce que les chariots soient disposés au contact les uns des autres. De

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cette façon, le déplacement du tube 4a selon la flèche F détermine le déplacement dans le même sens du tube supérieur.

En se reportant à la figure 1, on voit que les masses 5 sont situées vers l'extrémité obturée du tube pour ceux situés à gauche de la figure et vers l'extrémité ouverte du tube pour ceux situés à droite de la figure. En d'autres termes, les premiers sont remplis d'eau et les seconds d'air. Si la cuve est vide, un équilibre existe entre les tubes de"gauche"et ceux de "droite"et rien ne se passe. Si on remplit la cuve, chaque tube immergé va subir une force ascensionnelle égale au poids du volume de liquide déplacé.

Du fait de la position des masses 5 des tubes situés à droite, ceux-ci se comportent comme des"caissons"et la force précitée qui s'exerce sur eux est plus importante à droite qu'à gauche : l'ensemble des tubes va se déplacer selon la flèche F.

De préférence, et comme cela ressort des dessins, la trajectoire a laquelle est astreint chaque tube comporte deux parties rectilignes réunies en haut et en bas par une partie semi-circulaire.

La figure 4 illustre un moyen, permettant de récupérer l'énergie, qui est essentiellement constitué par une roue crantée 10. Chaque tube présente un doigt latéral 11, susceptible de pénétrer dans l'un des crans de la roue et de l'entraîner, la partie curviligne du guide et la roue 10 étant concentriques.

Il ressort de ce qui précède, que toutes forces parasites, résultant des frottements, tend à réduire le rendement du dispositif. Ainsi, de l'examen de la figure 1, on constate que chaque masse 5 est disposée à une extrémité ou à l'autre du tube et, comme cette masse est très importante (pour des raisons qui apparaîtront plus loin) par rapport à la masse totale du tube, le

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centre de gravité de l'ensemble (tube + masse) est éloigné du plan vertical qui passe par l'axe des galets 7 et chaque chariot tend à basculer en augmentant les frottements de façon intempestive.

Il importe donc de maintenir le centre de gravité de chaque tube dans ou au plus près du plan vertical précité.

Ce résultat est obtenu en prévoyant des moyens permettant au tube de se déplacer axialement par rapport au chariot de guidage.

En se reportant à la figure 6 et selon un mode de réalisation, on voit que le tube 4 est guidé dans un fourreau 12 rendu solidaire des platines 6, comportant les galets 7. Le guidage du tube s'effectue par l'entremise d'une pluralité de galets 13.

En régime établi, l'ensemble des tubes 4 se déplace selon la flèche F. A la partie inférieure de l'organe de guidage, la masse 5 se déplace progressivement jusqu'à occuper la position représentée en 4c. la force exercée par la masse 5, dans la position 4c, doit être supérieure à celle de la pression à cette profondeur et dans cette position le volume d'air emprisonné dans le tube est maximal et doit le rester. Des moyens sont prévus pour verrouiller la masse 5 dans cette position.

Peu avant que le tube émerge, il convient de le déverrouiller pour que la masse se déplace et vienne occuper la position représentée en 4d. Des moyens sont prévus pour permettre ce déverrouillage.

Selon un mode de réalisation, le verrouillage du tube dans son fourreau est réalisé au moyen d'une barre 14, fixée au tube correspondant et d'un

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levier 15, pivotant, présentant un doigt 16 susceptible de tomber, sous l'effet d'un ressort antagoniste dans un cran 17 de la barre 14. Dès lors, on comprend que chaque barre comporte autant de crans 17, judicieusement disposés, que le tube doit occuper de position par rapport à son fourreau de guidage.

Comme cela ressort des explications ci-dessus et de celles qui vont suivre, il importe de déverrouiller le tube peu avant que soit mis en oeuvre un moyen permettant de déplacer axialement le tube. A cet effet, chaque levier 15 comporte une extension 18 susceptible de rencontrer une came 19, fixée sur l'organe de guidage, qui le fait pivoter pour l'amener dans la position représentée en traits fins sur la figure 6.

Le déplacement des tubes est réalisé au moyen de rampes fixes telles que celles schématisées en 20 et 21.

La rampe 20 permet de repousser les tubes vers la gauche de façon à rapprocher les masses 5 de l'organe de guidage. Une rampe de type 19 est prévue peu avant celle 20 pour permettre le déverrouillage du tube.

Une rampe analogue est prévue à la partie supérieure peu avant celle 21.

A la partie inférieure de la branche descendante une rampe 22, analogue à celles 20 et 21, est prévue pour repousser les tubes vers la droite et, ce, afin notamment, pour réduire la distance séparant le fond de la cuve et l'organe de guidage.

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Des moyens sont prévus pour verrouiller la masse par rapport à l'extrémité du tube afin, notamment, que la force exercée par la pression ne repousse pas la masse lorsque le tube passe de la position 4c à celle horizontale. A cet effet, et selon un mode de réalisation, chaque tube présente un levier pivotant 23 comportant un doigt 24 susceptible de pénétrer, sous l'effet d'un ressort antagoniste, dans une gorge 25 de l'extrémité de la masse 5. Lorsqu'il convient de permettre le déplacement de la masse 5, il faut déverrouiller cette dernière. Ce résultat peut être obtenu par une rampe fixe 26, judicieusement disposée contre laquelle prend appui une extension 27 du levier 23 pour forcer ce dernier à pivoter.

Comme cela ressort des figures 8 et 9 la masse 5 est guidée à l'intérieure du tube au moyen d'une pluralité de galets 28 et l'étanchéité entre la masse et le fond 29 du tube est assurée au moyen de joints à lèvres 30 d'un type connu.

L'invention prévoit de contrôler le déplacement de la masse 5 à l'intérieur du tube. A cet effet et selon un mode de réalisation, la masse 5 est reliée, par un câble 31, à une poulie 32 sur l'arbre 33 de laquelle est calé un pignon denté 34 susceptible d'engrener avec, au moins, une crémaillère fixe (non représentée). Pratiquement, la rampe 21 est doublée par une crémaillère permettant, par la rotation de la poulie 32, d'enrouler le câble 31 pour déplacer la masse 5 de la position représentée en 4e à celle 4f. Pratiquement, toujours, le passage de la position représentée en 4g à celle 4c s'effectue sous l'effet de la gravité, le déroulement contrôlé du câble pouvant permettre de limiter se déplacement.

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De préférence, chaque tube est pourvu de galets latéraux 35 et 36 susceptibles de coopérer avec les rampes 20,21 et 22, dédoublées chacune (disposition non représentée).

Le fond 29 de chaque tube communique avec celui adjacent par l'entremise de tubulures 37 souples. L'un, au moins, des tubes 4 présente une longue tubulure souple 38 reliée, par l'entremise d'un dispositif à joint tournant 39 d'un type connu, à une canalisation fixe 40 débouchant à l'air libre.

Il ressort des explications ci-dessus que la masse 5 doit être importante pour vaincre la pression à la partie inférieure du dispositif et pouvoir se déplacer par gravité, ce qui n'est pas sans incidence sur le coût de l'installation et sur la maintenance.

Le mode de réalisation qui va être décrit ci-dessous, permet de remédier à ces inconvénients.

Dans ce qui va suivre, les éléments déjà décrits seront affectés des mêmes références.

L'organe de guidage 2 coopère avec une pluralité d'organes mobiles 41, analogues à ceux 1, constitués, chacun par un tube 42 obturé en 43 à une extrémité et ouvert à l'autre.

Chaque tube peut coulisser dans un fourreau 12 rendu solidaire des platines 6, comportant les galets 7, l'ensemble 6-7-12 formant le chariot de guidage.

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Le fond 43 de chaque tube est relié à un organe de commande 44, situé dans le plan de celui 2 et à l'intérieur de celui-ci. Comme cela ressort des figures 11 et 12, l'organe 44 est constitué par deux rails 45, à section en forme d'U, de guidage de deux galets 46.

Les rails 45 sont reliés, de façon rigide, à ceux 8 ou à la paroi de la cuve au moyen, par exemple de bras (non représentés) analogues à ceux 9.

Le tube 42 s'étend au-delà du fond 43 en une portion 47 de même section et formant une cavité 48 calculée de façon à équilibrer cette portion 47 : la force résultant de la masse de cette dernière étant égale à celles résultant de la poussée d'Archimède.

Chaque tube 42 est obturé par un piston 49 analogue structurellement à celui 5, mais dont la masse est négligeable par rapport à celle dudit piston 5 décrit précédemment.

Le piston 49 est fixe par rapport à l'organe de guidage 2 et est situé de façon à s'étendre de part et d'autre du plan vertical qui passe par l'axe des galets 7. De cette façon, la résultante des forces dues à la masse dudit piston est contenue dans le plan précité et n'engendre pas de forces de frottements intempestives selon les portions rectilignes de l'organe de guidage c'est-à-dire selon les portions qui comportent un nombre important de tubes.

La masse des chariots est calculée de façon à ce que, à la partie inférieure du dispositif, la force résultant de cette dernière et de la force centrifuge tente d'équilibrer la force de poussée s'exerçant sur le piston 49

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afin que la résultante de l'ensemble de ces forces soit n'engendre pas de frottements intempestifs au niveau de l'organe de guidage.

Chaque piston 49 présente une queue 50 reliée à la partie médiane d'un étrier 51 dont les branches sont rendues solidaires du chariot correspondant.

Comme l'espace, compris entre le fond 43 de chaque tube et le piston correspondant, débouche à l'air libre, de la façon déjà décrite, il importe de réaliser un lien mécanique, lorsque le tube est plein de liquide de façon à ce que la pression qui s'exerce sur l'extrémité du tube et sur ledit piston n'engendre pas de force de frottement au niveau des rails. A cet effet des moyens sont prévus pour amener le piston en contact avec le fond du tube lorsque celui-ci est plein de liquide tel qu'un doigt 52. En laissant subsister un jeu judicieux, entre les galets et les rails, on est certain que ce contact a lieu.

Le piston et le tube se comportent comme une pièce unique et les forces, dues à la pression, s'annulent.

La disposition de l'organe de commande 44 est telle que la distance qui le sépare de l'organe 2 croît vers la partie inférieur du dispositif de la partie gauche à celle droite, si les chariots se déplacent dans le sens anti-horaire, et décroît vers la partie supérieure.

La variation de cette distance a pour effet de déplacer le tube 42 et de créer une chambre 53 remplie d'air.

Sur la figure10, les parties supérieure et inférieure de l'organe de commande 44 sont semi-circulaires, mais en fait les parties rectilignes de cet organe peuvent être réunies par des portions curvilignes dont les courbures

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sont judicieusement calculées de façon à choisir le lieu où commence le déplacement du tube et celui ou ce déplacement est maximal.

Il est à noter que les courbures des parties inférieure et supérieure de l'organe 44 peuvent être différentes.

Lorsque le volume de la chambre 53 a atteint sa valeur maximale et afin d'annuler les forces dues à la pression qui tendent à engendrer des frottements intempestifs au niveau des rails, des moyens sont prévus pour verrouiller le piston par rapport au tube correspondant et pour le déverrouiller au moment opportun. A cet effet, on peut utiliser le dispositif montré sur la figure 8 et décrit en regard des références 23 à 27.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1-Dispositif de production d'énergie caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité d'organe mobiles (1), identiques et indépendants les uns des autres, lesdits organes étant astreints à suivre une trajectoire fermée par l'entremise d'un organe (2) de guidage disposé dans un plan sensiblement vertical et immergé dans une cuve contenant un liquide, des moyens étant prévus sur chaque organe mobile pour que ceux-ci présentent un volume variable.

2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe mobile (1) est constitué par un tube (4), ouvert à une extrémité et obturé à l'autre et dans lequel peut se déplacer un piston pesant, ou masse (5), la chambre formée par l'extrémité obturée du tube et la masse (5) pouvant communiquer avec l'air libre.

3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque tube est disposé de façon à ce que son axe soit contenu dans le plan vertical de l'organe de guidage.

4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque tube est porté par un chariot, formé de préférence au moyen de deux platines identiques (6) pourvues de galets (7), coopérant avec l'organe de guidage, formé de préférence au moyen de deux rails identiques (8) à section en forme d'U.

5-Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour maintenir la masse (5) verrouillée à l'extrémité ouverte du tube et pour permettre son déverrouillage.

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6-Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que de moyens sont prévus pour permettre le déplacement axial des tubes

7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque tube est guidé dans un fourreau (12) rendu solidaire du chariot correspondant.

8-Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour verrouiller axialement le tube par rapport au fourreau et assurer son déverrouillage au moment opportun.

9-Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour contrôler le déplacement de la masse (5) à l'intérieur du tube.

10-Dispositif selon l'une des revendications 1,3, 4 et 6, caractérisé en ce que le fond (43) de chaque tube (42), qui peut coulisser librement selon son axe, est relié à un organe de commande (44) situé dans le plan de l'organe (2) et disposé à l'intérieur de ce dernier.

11-Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque tube est obturé par un piston (49) fixe par rapport à l'organe (2).

12-Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le piston (49) présente une queue (50) relié à la partie médiane d'un étrier (51) dont les branches sont rendues solidaires du chariot correspondant.

13-Dispositif selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que, selon le sens de rotation de l'ensemble, la distance séparant l'organe (2)

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et celui de commande (44) croît à la partie inférieure du dispositif et décroît à sa partie supérieure de façon à faire varier le volume de la chambre (53) délimitée par le fond du tube et le piston correspondant.

14-Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que lorsque le volume de la chambre (53) est minimal, des moyens sont prévus pour qu'un contact mécanique soit établi entre le piston et le fond du tube.

15-Dispositif selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce que le volume de la chambre (53) est maximal, des moyens sont prévus pour verrouiller le piston par rapport au tube correspondant et pour le déverrouiller au moment opportun.